CN105840710B - 一种声学超材料悬置隔振结构 - Google Patents

一种声学超材料悬置隔振结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种声学超材料悬置隔振结构，该悬置隔振结构由弹性薄膜以及设置于弹性薄膜上下两侧的两块包裹层呈弓字形折叠而成，所述包裹层上设置有周期性的开口，每个开口处的弹性薄膜上设置有质量块。本发明提供的声学超材料悬置隔振结构，兼具多层阻尼减振及声学超材料隔振功能，具有低频振动衰减能力强、易于实现选频衰减等突出优点。弓字形折叠板结构可以满足大范围的悬置刚度设计需求，且无高频硬化问题。整体而言，结构简单，设计性好，且所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产，值得在业内推广。

Description

一种声学超材料悬置隔振结构
技术领域
本发明属于振动噪声控制和功能复合材料的交叉技术领域，具体涉及一种声学超材料悬置隔振结构。
背景技术
20世纪以来，随着人们对交通设备乘坐舒适性、生产设备使用寿命等要求的不断提高，悬置被广泛应用于汽车、列车、飞机、舰船、工程机械、机床等设备中。如在汽车中，最常用的悬置类型有发动机悬置与车身悬置，发动机是汽车主要的振动激励源之一，良好的发动机悬置一方面可以衰减传递至车架的发动机振动能量，另一方面还可以起到保护发动机的作用；车身悬置可以隔离底盘振动向车身内部的传播，提升车内乘坐舒适性。
工程中所使用的传统悬置单元，根据其采用弹性元件的不同，可分为：金属弹簧悬置、空气弹簧悬置、液压悬置、橡胶悬置等。无论何种具体类型，其工作原理均纯立足于经典振动理论的“质量——弹簧——阻尼器”模型，并由于实际机械设备中质量分布、空间布置以及运动关系存在诸多限制，制约了悬置单元有效作用的频带合理设置。具体体现为高、低频频带隔振能力难以兼顾，同时难以实现对共振峰值的选择性衰减，无法满足用户日益苛刻的声振舒适性要求。由此可见，传动悬置单元终将无法适应机械设备的技术条件需求，突破传统工作原理对其实施革新势在必行。近年来，声学超材料技术发展迅速，声学超材料是指具有负等效质量密度或负等效模量的人工亚波长结构，由于其具有良好的低频弹性波带隙及导波特性，在低频减振降噪方面具有广泛的应用前景，为新型悬置隔振结构提供了一条可行路径。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、设计性好的声学超材料悬置隔振结构。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种声学超材料悬置隔振结构，该悬置隔振结构由弹性薄膜以及设置于弹性薄膜上下两侧的两块包裹层呈弓字形折叠而成，所述包裹层上设置有周期性的开口，每个开口处的弹性薄膜上设置有质量块。
优选地，所述开口为圆形开口，所述圆形开口呈矩阵式排列。
优选地，所述质量块嵌入至弹性薄膜内。
优选地，所述弓字形折叠的周期为一个或多个。
优选地，所述包裹层由硅锰合金钢或硅铬合金钢制成。
优选地，所述包裹层由一层或多层材料组成。
优选地，所述质量块由重金属材料制成。
优选地，所述重金属材料为铁、铜或钢。
优选地，所述弹性薄膜由弹粘性材料制成。
优选地，所述弹粘性材料为丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶。
本发明的有益效果是：本发明提供的声学超材料悬置隔振结构，其弓字形折叠板结构可以满足大范围的悬置刚度设计需求，可应用于汽车、列车、飞机、舰船、机床等多种设备；利用弹性薄膜与包裹层间的层间阻尼形成了多层强阻尼效果，可有效衰减振动能量。经发明人测试，该悬置隔振结构可在200Hz以内形成较宽声学禁带，隔离低频振动，此外也可针对工程需要，设计声学禁带的中心频带位置及禁带宽度，灵活度高。整体而言，该悬置隔振结构简单设计性好，结构，且所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产，值得在业内推广。
附图说明
图1为本发明声学超材料悬置隔振结构局部剖视图；
图2为本发明声学超材料悬置隔振结构整体结构示意图；
图3为本发明声学超材料悬置隔振结构板面结构示意图。
附图标记说明：1、包裹层；2、质量块；3、弹性薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1-3所示，本发明声学超材料悬置隔振结构，包括弹性薄膜3、两块包裹层1以及若干个质量块2。两块包裹层1分别设置于弹性薄膜3的上下两侧。该悬置隔振结构由弹性薄膜3以及设置于弹性薄膜3上下两侧的两块包裹层1呈弓字形折叠而成。包裹层1上设置有周期性的开口，质量块2设置于每个开口处的弹性薄膜3上。
值得说明的是，包裹层1上设置的周期性排列的开口，开口的形状可以是圆形或多边，开口的排列方式也可以根据实际需要确定。包裹层1可由韧性较强的材料制成，如硅锰合金钢或硅铬合金钢，两个包裹层1可采用相同材料制成，也可采用不同材料制成，进一步的，两个包裹层1的厚度可一样或不一样，没有特殊的限制。此外，包裹层1的层数不限于一层，也可根据工程实际需求采用多层材料构成。质量块2的形状可以是圆形、方形、三角形或不规则形状，其由质量密度较大的重金属材料制成，如铁、钢或铜等金属材料，厚度小于包裹层1。弹性薄膜3由粘弹性材料制成，如丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶等材料。进一步的，弹性薄膜3和包裹层1的弓字形折叠的周期可以为一个或多个。为便于安装，悬置隔振结构的上/下表面可采用平板结构，即位于顶层和底层表面的包裹层1不设置开口。
下面以具体实施例对本发明的结构做进一步的说明，以进一步展示本发明的优点：如图2-3所示，在本实施例中，弹性薄膜3采用丁腈橡胶制成，厚度为1㎜。两块包裹层1均采用硅锰合金钢，厚度均为1㎜，固定粘接于弹性薄膜3上下两侧。除最上层和最下层表面外，包裹层1的每一层均开设16个圆形开口，圆形开口直径8㎜，呈阵列式排列。质量块2为圆形铁块，厚度2㎜，直径6㎜，嵌入圆形开口处的弹性薄膜3内。上下包裹层1、弹性薄膜3以及质量块2组成的板面按照弓字形折叠排列，形成8个平面，构成如图2所示的声学超材料悬置隔振结构。该悬置结构在20～60Hz内的振动传递函数低于30dB，能够有效隔绝和衰减该频段内的振动与噪声，形成声学禁带效果。
在实际应用中，可根据工程需求，在本发明的禁带频率及带宽、悬置隔振结构的整体刚度、振动衰减力度等方面进行调整设计，以达到按需生产的目的。
本发明提供的声学超材料悬置隔振结构，用以替代传统悬置结构，兼具多层阻尼减振及声学超材料隔振功能，具有低频振动衰减能力强、易于实现选频衰减等突出优点；其弓字形折叠板结构可以满足大范围的悬置刚度设计需求,且无高频硬化问题。该结构可用于汽车、船舰等设备中低频振动与噪声的降低、隔离及控制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：该悬置隔振结构由弹性薄膜(3)以及设置于弹性薄膜(3)上下两侧的两块包裹层(1)呈弓字形折叠而成，所述包裹层(1)上设置有周期性的开口，每个开口处的弹性薄膜(3)上设置有质量块(2)。
2.根据权利要求1所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述开口为圆形开口，所述圆形开口呈矩阵式排列。
3.根据权利要求1所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述质量块(2)嵌入至弹性薄膜(3)内。
4.根据权利要求1所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述弓字形折叠的周期为一个或多个。
5.根据权利要求1所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述包裹层(1)由硅锰合金钢或硅铬合金钢制成。
6.根据权利要求1-5任一所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述包裹层(1)由一层或多层材料组成。
7.根据权利要求1-5任一所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述质量块(2)由重金属材料制成。
8.根据权利要求7所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述重金属材料为铁、铜或钢。
9.根据权利要求1-5任一所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述弹性薄膜(3)由弹粘性材料制成。
10.根据权利要求9所述的声学超材料悬置隔振结构，其特征在于：所述弹粘性材料为丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶。
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