CN109334776A - 一种基于声学超材料的汽车前围板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声学超材料的汽车前围板，包括单元结构，所述单元结构包括位于芯部的芯体、包覆在整个所述芯体外部的包覆层和包覆在整个所述包覆层外部的基体，所述芯体采用金属材料制成，所述包覆层采用弹性材料制成，所述包覆层和所述芯体组合形成弹簧质量单元。该汽车前围板结构简单，在保证强度、刚度的基础上，具有等厚度钢板不具备的优异阻尼减振特性，而且该前围板所采用的声学超材料不仅具有结构作用，更具有减振的功能，可以减少隔音吸音附件，还实现了前围板的轻量化。
Description
技术领域
本发明涉及汽车减振技术领域，具体涉及一种基于声学超材料的汽车前围板。
背景技术
目前，随着噪声控制的法规越来越严格，以及用户对车内声学环境的舒适性要求不断提高，汽车企业越发重视从开始设计上达到减振降噪的目的，汽车N V H ( Noise,Vibration and H arshness)性能已成为评价整车性能的一项重要设计指标。
汽车NVH研究涉及很多部件，汽车前围板是其中重要部分，它的减振性能直接影响到驾乘的舒适性，对前围板进行减振设计研究可以为结构优化提供有意义的参考。前围板的上部和下部分别与前围上盖板和地板连接，两侧边则与前围板或车身侧围的前支柱连接。由于前围板是发动机舱与座舱的主要隔音构件，对其进行不断地研究以提高它的隔音、隔振和隔热性能是非常必要的，从材料上来看，前围板多采用夹层减振钢板，并在前围内壁上采用具有隔音、隔热和减振作用的石棉垫、隔音板等。另外前围板振动推动车内空气，从而改变了车内空气体积，并产生很大的声音。一般轿车的车内空间大约为3m3，如果车内的空气体积变化0.002 m3，那么车内的声压将达到1.4Pa，或者94dB。现有技术中的汽车前围板主要存在如下问题：
（1）前围板一般采用厚度为0.8mm的DC04普通钢，再加上相应的隔音吸音垫和减振沥青板构成钢板前围板系统。整个系统的重量大约为18.7 kg，重量比较重。然而随着汽车工业技术的发展，人们对汽车隔声材料的要求越来越高，不仅要求隔声声效果更好，同时还要材料越轻越薄；
（2）对于隔声存在一个普遍的规律即质量作用定律，材料越重(面密度越大)隔声效果会越好。对于单层实墙，面密度每增加一倍，隔声量在理论上增加6dB。传统的隔声材料，例如玻璃纤维棉、发泡胶、静隔音吸音棉等，这些材料主要靠声波在孔隙中传播时动能转化为热能的方式来实现声波衰减，对噪声高频段的作用明显，但在中低频段很难起到理想的抑制作用。因此，为了有效地隔离600-1200HZ的中低频声波，需要厚达70dm左右的材料隔层，很难满足实际需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种基于声学超材料的汽车前围板。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于声学超材料的汽车前围板，包括单元结构，所述单元结构包括位于芯部的芯体、包覆在整个所述芯体外部的包覆层和包覆在整个所述包覆层外部的基体，所述芯体采用金属材料制成，所述包覆层采用弹性材料制成，所述包覆层和所述芯体组合形成弹簧质量单元。
优选地，所述芯体采用铅块。
优选地，所述包覆层采用硅橡胶材料制成。
优选地，所述基体采用钢质材料制成。
优选地，所述芯体与所述包覆层之间、所述包覆层与所述基体之间均通过粘接相连接。
优选地，所述芯体的质量能够调节。
优选地，所述前围板由多个所述单元结构沿所述前围板的宽度方向依次顺序相接形成，各个所述单元结构的所述基体一体设置。
进一步地，各个所述单元结构相同。
优选地，所述芯体和所述包覆层的截面均呈方形。
优选地，所述包覆层包覆在所述芯体的各个表面上的厚度相同，所述基体包覆在所述包覆层的各个表面上的厚度相同。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的基于声学超材料的汽车前围板结构简单，在保证强度、刚度的基础上，具有等厚度钢板不具备的优异阻尼减振特性，而且该前围板所采用的声学超材料不仅具有结构作用，更具有减振的功能，可以减少隔音吸音附件，还实现了前围板的轻量化。
附图说明
附图1为本发明的基于声学超材料的汽车前围板的结构示意图；
附图2为附图1中A处局部放大图；
附图3为本发明的基于声学超材料的汽车前围板的单元结构的示意图；
附图4为本发明的基于声学超材料的汽车前围板的单元结构的动力学模型图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图1和图2所示，本发明的基于声学超材料的汽车前围板包括多个单元结构，多个单元结构沿前围板的宽度方向依次顺序相接形成本发明的汽车前围板。
每个单元结构均包括位于芯部的芯体1、包覆在整个芯体1的外部的包覆层2和包覆在整个包覆层2的外部的基体3，每个单元结构的结构示意图如图3所示。芯体1由金属材料制成，芯体1形成集中质量块，提供质量m。包覆层2有弹性材料制成，提供弹性k。这样，包覆层2和芯体1组合就形成弹簧质量单元。基体3由普通的钢质材料制成，将由芯体1和包覆层2组成的弹簧质量单元包围在其中，是振动的直接受体，其振动分析的动力学模型见图4所示。前围板采用如上所述的复合结构，使得前围板具有一定的强度及刚度，这样在前围板上设置少量的加强筋即可满足对前围板的强度及刚度的要求，从而无需像现有技术中需要在前围板上设置大量加强筋来提高前围板的强度及刚度，而且这样的前围板还具有较好的减振功能。
本实施例中，芯体1采用铅块，包覆层2采用硅橡胶材料制成。
Bragg散射和局域共振是声子晶体产生带隙的两种主要机理。局域共振带隙机理认为，当入射弹性波频率接近单元结构的共振频率时，单元结构产生共振，入射弹性波受到强烈的共振散射作用，使得弹性波能量沿传播方向衰减，弹性波传播受到抑制，从而形成声波带隙(声禁带)，带隙是由单元结构本身的共振和单元结构与入射弹性波的相互作用形成的，所以单元结构的带隙频率范围与单元结构的自身振动特性息息相关。本实施例中，芯体1的质量能够调节，通过调整芯体1的质量可以调节单元结构的带隙频率范围，从而达到减振的目的。
组成前围板的各个单元结构均相同，各个单元结构的基体1一体设置。
芯体1与包覆层2之间、包覆层2与基体3之间均采用粘接的连接方式。
本实施例中，芯体1的截面、包覆层2的截面均呈方形结构。
本实施例中，包覆层2包覆在芯体1的各个表面上的厚度均相同，基体3包覆在包覆层2的各个表面上的厚度也均相同。
综上，本发明的前围板结构在保证强度、刚度的基础上，具有等厚度钢板不具备的优异阻尼减振特性，本发明的前围板所采用的声学超材料不仅具有结构作用，更具有减振的功能，可以减少隔音吸音附件，还实现了前围板的轻量化。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：包括单元结构，所述单元结构包括位于芯部的芯体、包覆在整个所述芯体外部的包覆层和包覆在整个所述包覆层外部的基体，所述芯体采用金属材料制成，所述包覆层采用弹性材料制成，所述包覆层和所述芯体组合形成弹簧质量单元。
2.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述芯体采用铅块。
3.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述包覆层采用硅橡胶材料制成。
4.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述基体采用钢质材料制成。
5.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述芯体与所述包覆层之间、所述包覆层与所述基体之间均通过粘接相连接。
6.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述芯体的质量能够调节。
7.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述前围板由多个所述单元结构沿所述前围板的宽度方向依次顺序相接形成，各个所述单元结构的所述基体一体设置。
8.根据权利要求7所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：各个所述单元结构相同。
9.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述芯体和所述包覆层的截面均呈方形。
10.根据权利要求1所述的基于声学超材料的汽车前围板，其特征在于：所述包覆层包覆在所述芯体的各个表面上的厚度相同，所述基体包覆在所述包覆层的各个表面上的厚度相同。
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