针对传统吸声材料效率低、尺寸大的不足,对多阶共振吸声理论进行研究,实现低频大宽带高效吸收。多阶共振即一个元胞会出现多阶吸声峰,然后不同的元胞又出现不同的吸声峰,这样一来多元胞和多阶共同耦合,就可以把吸声带宽大大拓宽。多阶共振超表面通过在共振腔内部插入一个或多个带有小孔的分隔板来构造,使其在保持原吸声峰和结构尺寸不变情况下,在较宽频带下获得多个近乎完美的吸声峰。与传统亥姆霍兹共振器结构进行对比,发现其不但具有优异的高阶峰值,而且多峰值明显增加了吸声频带宽度,论文主要探索了以下五个方面的内容。第一:为了扩宽局域共振结构的吸声频带,对多阶共振吸声机理进行分析和验证,对多阶吸声理论计算公式进行推导,考虑到亥姆霍兹共振腔内空气的热粘性,引入了等效密度和可压缩性的理论计算,并分析孔径变化对多阶共振吸声特性的影响规律。第二:为了实现良好的吸声效果,特别是实现低频宽带的吸声效果,对吸声结构的尺寸进行了优化。通过遗传算法对孔径大小、板厚、孔隙率、背腔深度进行了优化设计,选取了最优的参数,完成了单个结构的设计。最后对整个结构的排列方式以及整个单元的尺寸进行参数影响研究。第三:由于单个多阶共振吸声超表面的吸声峰值间隔较大,无法实现连续大宽带的吸声,所以采用了多单元协同耦合设计方法,将各个单元参数进行梯度分布,实现了低频大宽带连续吸声。第四:运用COMSOL Multiphysics软件对所设计的结构进行了有限元仿真计算,以低频段具有连续的高吸声系数为设计目标,通过反复改进设计和计算,设计了满足宽带吸声要求的结构。对结构的背腔进行了优化,采用空间折叠结构替换了传统的直背腔,降低了结构的整体厚度。第五:利用3D打印技术,制备了所设计的吸声结构,并通过驻波管测试系统进行了吸声性能测试,验证了结构的实际吸声性能。论文研究的多阶共振结构不但在低频段内有着优异的吸声特性,并且明显扩宽了吸声频带。再结合“声学虹吸效应”设计的多单元耦合结构,使得吸声频带变宽并且连续。该声学超结构尺寸小,频带宽,吸声性能好,在工程降噪方面有较好的应用前景。