CN109532157A - 一种三明治局域共振型声子晶体薄板及轮罩护板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三明治局域共振型声子晶体薄板及轮罩护板，该声子晶体薄板(2)包括采用模压工艺压制成型依次叠加在一起的第一硅橡胶层(201)、复合周期结构以及第二硅橡胶层(204)；其中，复合周期结构包括硅橡胶基体(203)以及均匀镶嵌在硅橡胶基体(203)上的有机玻璃柱体(202)。该轮罩护板包括依次叠加在一起的第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(1)、声子晶体薄板(2)和第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(3)。本发明采用二维三明治声子晶体复合材料，基于声子晶体可人为设计的带隙、缺陷态、定向传播、声聚焦、声吸收等特性可以有效解决轮边驱动电动客车150至500HZ频段结构振动问题，从而有效降低中低频结构振动噪声，提高乘客的舒适性。

Description

一种三明治局域共振型声子晶体薄板及轮罩护板
技术领域
本发明属于降噪减振技术领域，具体涉及一种三明治局域共振型声子晶体薄板及轮罩护板。
背景技术
振动与噪声广泛存在于客车的各个部位中，这些振动噪声轻则影响乘客的心情，重则会对人的神经系统、消化系统、心血管系统、呼吸系统造成不可逆转的伤害。随着时代的进步，人们对身处环境质量要求越来越高，故降低客车内噪声污染来改善乘客乘车的舒适性具有重要的意义，为改善声环境，越来越多的噪声控制方法得以应用和研究。轮边驱动电动客车的噪声主要来源于电机、轮胎、悬架等振动由悬置、副车架、车身纵梁传至车身顶棚造成30至400HZ的中低频噪声。然而现有车用减振降噪材料技术难以满足轮边驱动电动客车的声品质要求。
现有技术的不足：现有车用减振降噪材料：三元乙丙橡胶增韧聚丙烯(PP+EPDM)材料、高密度聚乙烯(HDPE)材料、聚酯纤维复合材料(PET+PET)、丙纶纤维与聚酯纤维复合材料(PP+PET)，虽然可以较大改善20HZ至150HZ声品质，但是150HZ至500HZ频段、500HZ至4000HZ频段的声品质并没有得到很好地改善，其中150至500HZ频段的声品质极其不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三明治局域共振型声子晶体薄板及轮罩护板，其采用二维三明治声子晶体复合材料，基于声子晶体可人为设计的带隙、缺陷态、定向传播、声聚焦、声吸收等特性可以有效解决轮边驱动电动客车150至500HZ频段结构振动问题，从而有效降低中低频结构振动噪声，提高乘客的舒适性。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种三明治局域共振型声子晶体薄板，该声子晶体薄板包括采用模压工艺压制成型依次叠加在一起的第一硅橡胶层、复合周期结构以及第二硅橡胶层；其中，
复合周期结构包括硅橡胶基体以及均匀镶嵌在硅橡胶基体上的有机玻璃柱体。
本发明进一步的改进在于，第一硅橡胶层的厚度为0.5mm-1.2mm，第二硅橡胶层的厚度为0.5mm-1.2mm。
本发明进一步的改进在于，复合周期结构的厚度为2.0mm-3.4mm。
本发明进一步的改进在于，有机玻璃柱体的半径R为2.0mm-5.0mm，相邻两个有机玻璃柱体的圆心距为5.0mm-10.0mm。
一种轮罩护板，包括依次叠加在一起的第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层、声子晶体薄板和第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层，其中，声子晶体薄板采用上述一种三明治局域共振型声子晶体薄板。
本发明进一步的改进在于，第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层的厚度为1.0mm-3.0mm，第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层的厚度为1.0mm-3.0mm，且有第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层的厚度小于、等于第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层的厚度。
本发明进一步的改进在于，声子晶体薄板与两个三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层采用自动铺丝技术成型为一体。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、采用新型二维三明治声子晶体薄板作为声子晶体轮罩护板的核心部件，在389.9至489.3HZ频率范围内，几乎可以阻隔100％的噪声波传播，在其余频率段，该薄板的隔声量也比现在市面上主流的PP+EPDM材料轮罩护板有飞跃的提升。
2、二维三明治型声子晶体薄板质轻、板薄，更益于实现电动客车的轻量化。
3、表面的PP+EPDM材料采用自动铺丝成型技术，具有十分优良的精度。
4、采用三层复合材料，提高了轮罩的减振性能。
附图说明
图1是本发明一种三明治局域共振型声子晶体薄板的结构示意图。
图2是本发明一种轮罩护板的立体图。
图3是本发明一种轮罩护板的侧视图。
附图标记说明：1-第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层，2-声子晶体薄板，3-第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层，201-第一硅橡胶层，202-有机玻璃柱体，203-硅橡胶基体，204-第二硅橡胶层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图2和图3所示，本发明提供的一种轮罩护板，包括上下两层的三元乙丙橡胶增韧聚丙烯(PP+EPDM)层和中间层二维三明治声子晶体薄板2，利用局域共振的机理改造的声子晶体薄板，能够实现远低于晶体尺度波长对应的频率范围内产生共振，阻断来自电机、轮胎、悬架、路面等的噪声波传播，从而达到控制中低频弹性波的传播，因此能够大大降低来自电机、轮胎、悬架、路面等部位150至500HZ频段的噪声。
如图1所示，本发明采用三明治局域共振型声子晶体薄板作为声子晶体轮罩护板的核心部件(声子晶体薄板的结构示意图见图1)。该声子晶体薄板2包括采用模压工艺压制成型依次叠加在一起的第一硅橡胶层201、复合周期结构以及第二硅橡胶层204；复合周期结构包括硅橡胶基体203以及均匀镶嵌在硅橡胶基体203上的有机玻璃柱体202。其中有机玻璃柱体202周期排布于硅橡胶基体203中。该声子晶体薄板2在389.9至489.3HZ范围内存在有反对称Lamb波禁带，该反对称Lamb波禁带是垂直于表面的禁带。当基本的板波模式与局域共振模式具有相同方向的振动分量时，他们之间能够产生强烈的耦合效应并且相互截断，从而能在平直带上方形成相应的禁带。在389.9至489.3HZ禁带范围内，传输率曲线和位移曲线上都具有一个明显的波谷区域，99.7％的波传播受到抑制，而且在150至389.9HZ频率较现有的PP+PET材料的隔声量有大幅提升。所以，使用该声子晶体薄板2改造的轮罩护板可以很好地控制轮边驱动电动客车来源于电机、轮胎、悬架、路面等振动噪声。
为了满足轮罩护板所需要的冲击韧性、耐光照色牢度、耐磨性、耐低温性能、耐候性等，在声子晶体薄板2的上下两侧加一层三元乙丙橡胶增韧聚丙烯(PP+EPDM)层。PP+EPDM材料是目前应用最广泛的车用轮罩材料之一，具有化学性质稳定、抗霉抗菌、价格便宜，并且含有EPDM橡胶体使得该材料具有更好的弹性、冲击韧性。复合的材料性能可以充分满足轮边驱动电动客车的声品质要求及轮罩护板所需的冲击韧性、耐光照色牢度、耐磨性、耐低温性能、耐候性。三明治局域共振型声子晶体薄板2与两个三元乙丙橡胶增韧聚丙烯(PP+EPDM)层采用自动铺丝技术成型为一体，具体地，首先基于CATIA的复合材料模块建立构件的结构和铺层：然后进行铺带轨迹规划，生成铺文件和下料文件(两步法)，根据下料文件提前把复杂形状的料带裁切好，重新收卷，放到铺带头双工位上；最后根据铺带程序沿设定轨迹把预浸带铺放到模具里的声子晶体薄板2上。
优选的，第一硅橡胶层201的厚度为0.5mm-1.2mm，第二硅橡胶层204的厚度为0.5mm-1.2mm。两个硅橡胶层一般采用等厚度的硅橡胶层。注：硅橡胶层越大，禁带的范围越大，禁带的宽度也会有所增大。复合周期结构的厚度为2.0mm-3.4mm。
优选的，有机玻璃柱体202的半径R为2.0mm-5.0mm，相邻两个有机玻璃柱体202的圆心距为5.0mm-10.0mm。其中，有机玻璃柱体202的半径越大，所对应的禁带宽度越大，频率范围会有所下移。如，R＝4.0mm时，禁带在389.9至489.3HZ，禁带宽度大约100.0HZ，在这个频率范围内，声子晶体薄板几乎可以阻隔100％的噪声波传播。R＝4.5mm时，禁带范围330.0HZ-450.0HZ，禁带宽度120.0HZ。
优选的，第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层1的厚度为1.0mm-3.0mm，第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层3的厚度为1.0mm-3.0mm。根据车辆所需要不同需要的弹性、冲击韧性决定第一、第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层的厚度，由于第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层受到更大的冲击，所以第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层1的厚度小于、等于第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层3的厚度。

Claims (7)

1.一种三明治局域共振型声子晶体薄板，其特征在于，该声子晶体薄板(2)包括采用模压工艺压制成型依次叠加在一起的第一硅橡胶层(201)、复合周期结构以及第二硅橡胶层(204)；其中，
复合周期结构包括硅橡胶基体(203)以及均匀镶嵌在硅橡胶基体(203)上的有机玻璃柱体(202)。
2.根据权利要求1所述的一种三明治局域共振型声子晶体薄板，其特征在于，第一硅橡胶层(201)的厚度为0.5mm-1.2mm，第二硅橡胶层(204)的厚度为0.5mm-1.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种三明治局域共振型声子晶体薄板，其特征在于，复合周期结构的厚度为2.0mm-3.4mm。
4.根据权利要求1所述的一种三明治局域共振型声子晶体薄板，其特征在于，有机玻璃柱体(202)的半径R为2.0mm-5.0mm，相邻两个有机玻璃柱体(202)的圆心距为5.0mm-10.0mm。
5.一种轮罩护板，其特征在于，包括依次叠加在一起的第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(1)、声子晶体薄板(2)和第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(3)，其中，声子晶体薄板(2)采用权利要求1至4中任一项所述的一种三明治局域共振型声子晶体薄板。
6.根据权利要求1所述的一种轮罩护板，其特征在于，第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(1)的厚度为1.0mm-3.0mm，第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(3)的厚度为1.0mm-3.0mm，且有第一三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(1)的厚度小于、等于第二三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层(3)的厚度。
7.根据权利要求1所述的一种轮罩护板，其特征在于，声子晶体薄板(2)与两个三元乙丙橡胶增韧聚丙烯层采用自动铺丝技术成型为一体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103434227A (zh) * 2013-09-07 2013-12-11 浙江华江科技发展有限公司 一种轻质、高韧性、高吸音汽车轮罩护板用热塑性复合材料及其制备工艺

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SHEN, LI等: "Extremely low-frequency Lamb wave band gaps in a sandwich phononic crystal thin plate", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF MODERN PHYSICS B》 *
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