Opracowanie metamateriału akustycznego do zastosowania w układach dźwiękoizolacyjnych do ograniczania hałasu w warunkach przemysłowych

Celem projektu było opracowanie i przeprowadzenie badania modelu metamateriału akustycznego do zastosowania w układach dźwiękoizolacyjnych do ograniczania hałasu w warunkach przemysłowych.

W ramach realizacji 2. etapu projektu przeprowadzono pozostałą część badań numerycznych modeli metamateriałów akustycznych. Do realizacji badań numerycznych wykorzystane zostały dwa środowiska obliczeniowe, tj. Comsol Multiphysics (w wersji 5.6 z modułem głównym oraz modułem Acoustics) oraz Simcenter 3D (w wersji 12 z modułem głównym oraz modułem Nastran Advanced Acoustics). Badano wzajemne oddziaływanie struktury komórki metamateriału akustycznego na medium fali akustycznej oraz wpływ samej fali akustycznej na strukturę metamateriału akustycznego (symulacje wibroakustyczne sprzężone). Dla wybranych modeli komórek metamateriału akustycznego zostały wykonane modele wielkoformatowe (składające się z wielu połączonych ze sobą komórek), które wykorzystano w badaniach numerycznych. Wykonano badania numeryczne na utworzonych modelach, w tym m.in. badania częstotliwości własnych i wpływ struktury na uzyskiwany rozkład parametrów akustycznych w modelowanym obszarze (parametrem badanym był przede wszystkim poziom ciśnienia akustycznego). Utworzono również model metamateriału akustycznego o strukturze wielopierścieniowej. Do wytworzenia modelu wykorzystano technikę druku 3D w technologii FFF. Opracowano materiały informacyjne, które udostępniono w internetowym serwisie tematycznym CIOP-PIB.

W ramach realizacji 3. etapu projektu zaprojektowano oraz wytworzono 47 fizycznych modeli mogących mieć właściwości metamateriałów akustycznych w kształcie walca o złożonych strukturach wewnętrznych zwierających m.in. tunele, membrany, rezonatory oraz zmienne wypełnienie. Utworzono również łącznie 5 dodatkowych pełnowymiarowych modeli do badań laboratoryjnych, w tym: model o strukturze ze spiralami Archimedesa, 3 modele ze zmiennym wypełnieniem oraz model o strukturze rezonansowo-tunelowej. Głównym zadaniem było przeprowadzenie badań laboratoryjnych mających na celu określenie właściwości opracowanych modeli. Procedura badawcza zakładała wykorzystanie trzech metod badawczych: badania współczynnika pochłaniania dźwięku za pomocą rury impedancyjnej (metoda funkcji przejścia), badania tłumienia z wykorzystaniem okna pomiarowego (określenie tłumienie wtrącenia) oraz badania w komorze do badań akustycznych o warunkach pola swobodnego z wykorzystaniem metody delty Diracka (określenie tłumienia przenoszenia). Stanowisko pomiarowe w komorze do badań akustycznych przedstawiono na poniższym rysunku.

 W efekcie przeprowadzonych badań wykazano zakresy częstotliwości, dla których dane modele posiadają wysoki współczynnik pochłaniania oraz tłumienie. Uzyskiwane rezultaty w postaci współczynnika pochłaniania dźwięku wykazały, że wiele z utworzonych modeli rozwiązań posiada zdolności do szerokopasmowego pochłaniania dźwięku (w tym również w zakresie niskich częstotliwości). Wyniki badania tłumienia przenoszenia i tłumienia wtrącenia wykazały zdolność modelu metamateriału akustycznego opartego na strukturze wielopierścieniowej do tłumienia dźwięku zwłaszcza w zakresie średnioczęstotliwościowym i wysokoczęstotliwościowym.

Projekt III.PB.05. Stanowisko pomiarowe w komorze do badań akustycznych mające na celu określenie tłumienia przenoszenia dla modelu metamateriału akustycznego

Podczas 3. etapu projektu opracowano dokumentację techniczną dla metamateriału akustycznego (2 rozwiązania) oraz przygotowano zgłoszenie patentowe dotyczące metamateriału akustycznego (zgłoszenie nr P.443 120) zawierające 10 zastrzeżeń patentowych.

Wyniki 3. etapu projektu przedstawiono w 3 publikacjach naukowych oraz zaprezentowano na 3 konferencjach międzynarodowych i 1 seminarium krajowym.