一種基于非對稱膜類亞波長結構的低頻寬帶吸聲材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于低頻減振降噪的吸聲材料，具體為一種基于非對稱膜類亞波長結 構的低頻寬帶吸聲材料。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)代社會中噪聲無處不在，既有來自高速公路、高速鐵路的交通噪聲，也有來自建 筑工地的施工噪聲和大型廠礦的工業(yè)噪聲以及日常生活中的生活噪聲等。人們想出了各式 各樣的辦法來減振降噪，減小或消除噪聲帶來的不利影響。噪聲不僅僅代表著無用，而且更 重要的是對人體和機械都具有很嚴重的負面影響。其中低頻噪聲的危害更加嚴重，其控制 長期以來都是一個很有挑戰(zhàn)性的課題，由于普通材料在低頻附近耗散率比較低，低頻噪聲 傳播過程中穿透力強，難以衰減。所以低頻噪聲的治理一直都備受關注。
[0003] 形成結構振動并產生噪聲輻射的本質原因通常可歸結于結構中的彈性波傳播效 應，以及結構彈性波與周圍聲介質（如空氣、水）的相互耦合作用。因此，對結構中的彈性波 行為進行調控是實現(xiàn)結構減振降噪的一種有效手段。最近，在聲物理發(fā)展的前沿，"聲子晶 體"和"聲學超材料"等新概念的提出為實現(xiàn)"人為操控彈性介質及結構中的波傳播"的研究 工作掀開了嶄新篇章。其中超材料是近年來發(fā)展起來國際學術界的一個研究熱點。近年來， 有關超材料的新思想、新成果和新應用領域層出不窮，使超材料的研究領域飛速發(fā)展。膜類 聲學超材料則是近年來在局域共振聲子晶體和聲學超材料的基礎上發(fā)展起來的一類具有 "雙負"聲學特性的材料。該超材料能夠在一定的低頻頻率段內表現(xiàn)出一般材料所不具有的 聲學特性:梅軍、Z. Yang等提出了一種薄膜型聲學超材料，采用柔軟膜類和小質量塊的結 構，使得在100Hz~1000Hz的頻率范圍內有著良好的隔聲量，并在透射峰值處存在著負等效 質量密度;〇11^81:;[1^]\他1€7等提出一種基于局域共振機理的膜類聲學超材料，在100!^~ 1000Hz的一些頻率打破了質量定理的預測，而且可以通過調節(jié)共振質量塊的大小來改變隔 聲量峰值等。近年來的研究成果都說明了膜類聲學超材料已經成為了新一代隔聲吸聲性能 的研究對象，有著潛在的應用價值。
[0004] 但在處理低頻問題時，膜類聲學超材料雖然有著良好的低頻特性，但共振頻率的 降低是以犧牲共振帶寬為代價的，大量學者提出的吸收型膜類聲學超材料在中頻段內有一 個寬頻吸聲，但低頻段只有一個較窄的帶寬。怎樣在保證低頻吸聲特性的同時，讓結構也能 具有一個寬頻的特性，這是一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于非對稱膜類亞波長結構的低頻 寬帶吸聲材料，在保證吸聲材料的低頻特性上，通過結構設計使得材料同時具有寬頻吸聲 的效果，較現(xiàn)有的吸聲材料具有全面的低頻寬帶性能提升。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0007] -種基于非對稱膜類亞波長結構的低頻寬帶吸聲材料，包括若干個吸聲單元，每 個吸聲單元包括框架，柔性薄膜，以及八個質量均不相同的質量塊;框架呈田字形設置;柔 性薄膜張緊固定在框架上形成四個對等的消聲單元;八個質量塊兩兩分為一組，且分別一 一對應的固定在消聲單元的薄膜上;若干吸聲單元在框架平面內向四周擴展拼接形成基于 非對稱膜類亞波長結構的低頻寬帶吸聲材料。
[0008] 優(yōu)選的，質量塊采用半圓鐵片制成，半圓鐵片的橫截面相同，厚度均不一樣。
[0009] 進一步，每一組中的半圓鐵片呈直徑側相鄰的對稱設置。
[0010] 優(yōu)選的，框架包括均呈田字形設置的兩部分，薄膜層張緊固定在框架上下兩部分 的中間。
[0011] 優(yōu)選的，框架采用有機玻璃或金屬材料制成。
[0012]優(yōu)選的，柔性薄膜采用甲基乙烯基硅橡膠制成。
[0013] 優(yōu)選的，框架與柔性薄膜之間，以及柔性薄膜與質量塊之間均采用粘結固定。
[0014] 進一步，粘結采用單組份的瞬間固化粘合劑。
[0015] 優(yōu)選的，每個質量塊的質量Μ與對應的吸聲峰值頻率f關系為
中const為常數(shù)。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：
[0017] 本發(fā)明整體結構主要由柔性薄膜和質量塊系統(tǒng)組成的四邊形吸聲單元材料，質量 塊之間的非對稱分布使得其動力學特性表現(xiàn)為具有多個等效質量密度為零的頻率點，即具 有多個吸聲系數(shù)的峰值;從彈性應變能的角度來看，在非對稱模式的影響下，結構的總彈性 應變能在全頻段內高于對稱模式的應變能，結構整體的吸聲性能得到了極大的提高，吸聲 帶寬從原來的窄頻擴大為寬頻。更為重要的是，吸聲結構整體的面密度很低，材料便宜，易 于實現(xiàn)。
[0018] 進一步，該低頻寬帶吸聲材料可以適應各種復雜環(huán)境的要求。其制造過程工藝快 速簡單，便于工業(yè)化批量生產。采用便于加工的金屬和硅膠薄膜材料作為主要制備材料，重 量小，可以在不影響設備整體性能的同時，達到減振降噪的要求。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的三維結構示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明XY界面的結構示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明XZ界面的部分結構示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明實例所述低頻寬帶吸聲材料的吸聲系數(shù) [0023]圖中：1~8為八個質量不等的質量塊;9層柔性薄膜;10框架。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0025]本發(fā)明提供一種可以用于各種低頻設備和場所的低頻寬帶吸聲材料和結構，采用 非對稱質量塊的布置方式，目的是將低頻吸聲結構的窄頻特性擴大為寬頻，所以該吸聲材 料不僅在低頻段內有良好的吸聲能力，更重要的是同時也具有寬頻吸聲的特性。柔性薄膜 采用比較軟的甲基乙烯基硅橡膠制成的薄膜，該材料通過粘結劑同質量塊和框架粘結成為 整體，構成了優(yōu)良的低頻寬帶吸聲材料。