一種缺陷態(tài)結構聲學超材料板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種缺陷態(tài)結構聲學超材料板，包括彈性薄膜，兩塊復合材料板以及若干個質量片，其中，兩塊所述復合材料板分別粘接于彈性薄膜上下兩側，所述復合材料板上設置有周期性排列的開口，若干個所述質量片分別設置于開口處的彈性薄膜上，所述質量片在分布中具有缺陷態(tài)結構。本發(fā)明提供的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，結構簡單，設計性好，所使用基礎材料皆為常規(guī)材料，易于批量化加工、生產，值得在業(yè)內推廣。
【專利說明】
一種缺陷態(tài)結構聲學超材料板
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于聲學超材料技術領域，具體涉及一種缺陷態(tài)結構聲學超材料板。
【背景技術】
[0002]振動在自然界廣泛地存在著，而在實際生活環(huán)境中的絕大多數(shù)振動源分布在250Hz以下的低頻范圍，該頻率范圍內的低頻振動和噪聲由于其能量衰減慢，傳播距離遠，穿透能力強的特點，難以控制和阻隔，對工業(yè)生產及人體都產生了很大的危害。工程中，常使用隔聲材料及阻尼材料來降低低頻振動與噪聲。傳統(tǒng)隔聲材料要隔離聲波和振動時，一般需要隔聲材料部件的厚度尺寸與聲波波長相匹配，如果要隔離10Hz以下的聲波，就需要厚度超過Im的隔聲材料，這在汽車、列車、飛機等內部空間緊湊的設備中，顯然是不現(xiàn)實的；阻尼材料對低頻振動與噪聲有一定的消減作用，但隨著輕量化、經濟性、環(huán)保等要求的不斷增強，對阻尼材料的質量限制也越來越嚴格，傳統(tǒng)阻尼材料并不能滿足低頻減振降噪的需求;因此迫切需要開發(fā)新的低頻減振降噪材料。
[0003]聲學超材料是一種近年來發(fā)展起來的新型人工功能材料，聲學超材料與電磁超材料相對應，是指具有負等效質量密度或負等效模量的人工亞波長結構，由于其具有良好的彈性波帶隙及導波特性，在低頻振動與噪聲控制領域展現(xiàn)出了巨大的潛力。一方面，聲學超材料能夠在低頻范圍內，對振動彈性波產生“禁帶”效應，達到隔離振動的目的；另一方面，聲學超材料中的缺陷結構具有相對較高的彈性波傳遞能力，即形成“波導”，能夠將大部分的振動彈性波能量引導、分頻至相應的動力吸振器、振動能量回收器等機構，從而實現(xiàn)對低頻振動的控制。由此可見，聲學超材料技術為低頻振動與噪聲的控制提供了一條可行路徑。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種結構簡單、設計性好的缺陷態(tài)結構聲學超材料板。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:一種缺陷態(tài)結構聲學超材料板，包括彈性薄膜，兩塊復合材料板以及若干個質量片，其中，兩塊所述復合材料板分別粘接于彈性薄膜上下兩側，所述復合材料板上設置有周期性排列的開口，若干個所述質量片分別設置于開口處的彈性薄膜上，所述質量片在分布中具有缺陷態(tài)結構。
[0006]優(yōu)選地，所述缺陷態(tài)結構包括質量片質量不均等、質量片位置偏心或質量片缺失中的至少一種。
[0007]優(yōu)選地，所述開口為圓形開口，所述圓形開口呈矩陣式排列。
[0008]優(yōu)選地，所述質量片的形狀為圓形、方形、三角形或不規(guī)則形狀。
[0009]優(yōu)選地，所述質量片厚度小于復合材料板。
[0010]優(yōu)選地，所述質量片由重金屬材料制成。
[0011]優(yōu)選地，所述重金屬材料為鐵、銅或鋼。
[0012]優(yōu)選地，所述彈性薄膜由彈粘性材料制成。[0013 ]優(yōu)選地，所述彈粘性材料為丁腈橡膠、娃橡膠或復合橡膠。
[0014]優(yōu)選地，所述復合材料板采用輕質材料制成。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，在彈性薄膜兩側設置復合材料板，同時復合材料板上設置開口，粘接于開口處的質量片在整體分布上具有缺陷態(tài)結構，使得本發(fā)明可在1000Hz以下形成較寬聲學禁帶，隔離低頻振動與噪聲，同時可在1000Hz以內形成若干波導，將波導頻率內的振動能量引導至指定位置或方向，被動力吸振器或振動能量回收器等機構吸收。進一步的，該聲學超材料板件總厚度可小于5mm，較為輕薄，平面尺寸可靈活設計，敷設方式與傳統(tǒng)產品相近，在汽車、列車、飛機、艦船等設備中易于布置。整體而言，本發(fā)明結構簡單，設計性好，所使用基礎材料皆為常規(guī)材料，易于批量化加工、生產，值得在業(yè)內推廣。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板的基本晶胞單元結構示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板的基本晶胞單元結構剖視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板的質量片分布缺陷態(tài)結構示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板的整體結構示意圖。
[0020]附圖標記說明:1、質量片;2、復合材料板;3、彈性薄膜;4、缺陷態(tài)結構。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0022]如圖1-4所示，本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板，包括彈性薄膜3，兩塊復合材料板2以及若干個質量片I。兩塊復合材料板2分別粘接于彈性薄膜3上下兩側，復合材料板2上設置有周期性排列的開口，若干個質量片I分別粘接在開口處的彈性薄膜3上，質量片I在分布中具有缺陷態(tài)結構4。缺陷態(tài)結構4是針對若干個質量片整體的布置情況，包括質量片I質量不均等、質量片I位置偏心或質量片I缺失中的至少一種。
[0023]需要說明的是，復合材料板2上設置的周期性排列的開口，開口的形狀可以是圓形或多邊，開口的排列方式也可以根據實際需要確定。復合材料板2可由輕質材料制成。質量片I的形狀可以是圓形、方形、三角形或不規(guī)則形狀，其由質量密度較大的重金屬材料制成，如鐵、鋼或銅等金屬材料，厚度小于復合材料板2。彈性薄膜3由粘彈性材料制成，如丁腈橡膠、硅橡膠或復合橡膠等材料。
[0024]下面以本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板的基本晶胞為例，對本發(fā)明缺陷態(tài)結構聲學超材料板的結構進行進一步的詳細說明，以便進一步展示本發(fā)明的優(yōu)點:如圖1所示，基本晶胞為構成整個缺陷態(tài)結構聲學超材料板的最小單元。晶胞整體為方形結構，每個晶胞的邊長為40 mm。彈性薄膜3采用丁腈橡膠制成，厚度為lmm。復合材料板2采用纖維復合材料制成，厚度為2 mm，粘接于彈性薄膜3上下兩側。復合材料板2上設置圓形開口，直徑為30 mm，圓形開口呈矩陣式排列。質量片I為圓形鐵片，直徑24.5mm，厚度Imm，粘接于開口處的彈性薄膜3上。如圖4所示，將前述晶胞按照所需的排列組成缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其中第六列第一行晶胞單元的質量片I缺失，第六列第三行及第五行晶胞單元的質量片I偏心布置。該聲學超材料板在10Hz?150Hz內震動傳遞函數(shù)地獄20dB，形成聲學禁帶效果，其中第六列在120Hz附近形成波導。
[0025]值得說明的是，在實際應用中，可根據工程需求，對基本晶胞的幾何尺寸，晶胞排列個數(shù)、禁帶頻率及帶寬、波導頻率及帶寬進行設計，以達到按需生產的目的。進一步的，關于質量片I分布的缺陷態(tài)結構4也不限于實施例中的質量片I缺失和質量片I偏心位置構成。也可以使其中某些質量片I的質量和其它質量片I相比不均等，或者質量片采取不一樣的材質。缺陷態(tài)結構4的具體設置可以根據實際工程需求進行調整。
[0026]本發(fā)明提供的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，在低頻范圍內具有良好的彈性波帶隙及導波特性，能夠對低頻振動彈性波產生“禁帶”效應，達到隔離振動的目的，且其缺陷結構具有相對較高的彈性波傳遞能力，能將振動彈性波能量引導、分頻至相應的動力吸振器、振動能量回收器等機構。該缺陷態(tài)結構聲學超材料板可用于汽車、列車、船艦、飛機等設備中低頻振動與噪聲的降低、隔離及控制。
[0027]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:包括彈性薄膜(3)，兩塊復合材料板(2)以及若干個質量片(I)，其中，兩塊所述復合材料板(2)分別粘接于彈性薄膜(3)上下兩側，所述復合材料板(2)上設置有周期性排列的開口，若干個所述質量片(I)分別設置于開口處的彈性薄膜(3)上，所述質量片(I)在分布中具有缺陷態(tài)結構(4)。2.根據權利要求1所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述缺陷態(tài)結構(4)包括質量片(I)質量不均等、質量片(I)位置偏心或質量片(I)缺失中的至少一種。3.根據權利要求1所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述開口為圓形開口，所述圓形開口呈矩陣式排列。4.根據權利要求1所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述質量片(I)的形狀為圓形、方形、三角形或不規(guī)則形狀。5.根據權利要求1所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述質量片(I)厚度小于復合材料板(2)。6.根據權利要求1所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述質量片(I)由重金屬材料制成。7.根據權利要求6所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述重金屬材料為鐵、銅或鋼。8.根據權利要求1?6任一所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述彈性薄膜(3)由彈粘性材料制成。9.根據權利要求8所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述彈粘性材料為丁腈橡膠、硅橡膠或復合橡膠。10.根據權利要求1-6所述的缺陷態(tài)結構聲學超材料板，其特征在于:所述復合材料板(2)采用輕質材料制成。
【文檔編號】G10K11/168GK105895071SQ201610365485
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】楊明亮, 吳昱東, 丁渭平, 馬逸飛, 朱洪林
【申請人】西南交通大學