CN110369952B - 一维理想声学黑洞楔形块的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，本方法制作内腔截面为矩形且顶面开口的壳体以及垫块，垫块由第一和第二矩形块构成，第二矩形块顶面为弧形面且弧形面底边与第一矩形块顶面齐平，弧形面满足弧形曲线方程；将垫块置于壳体内腔，第二矩形块顶面弧形面的顶边与壳体顶面齐平，垫块顶面与壳体顶面之间形成空腔；将理想声学黑洞结构材料熔融成液态后浇注于该空腔，采用压铸机压制于壳体顶面，保温一段时间后待理想声学黑洞结构材料降温成型，形成长条楔形块；将长条楔形块从空腔内取出，得到一维理想声学黑洞楔形块。本方法避免一维声学黑洞结构在加工过程中发生尖端截断，满足楔形结构表面要求，确保声学黑洞结构的能量聚集效应。

Description

一维理想声学黑洞楔形块的制作方法

技术领域

本发明涉及一种一维理想声学黑洞楔形块的制作方法。

背景技术

声学黑洞效应是利用薄壁结构几何参数或者材料特性参数的梯度变化,使波在结构中的传播速度逐渐减小,理想情况下波速减小至零从而不发生反射的现象。实现声学黑洞效应的主要方法是将薄板加工成楔形结构，薄板楔形结构中，如果结构的厚度按一定的幂函数形式减小，弯曲的波速会随着厚度的减小而减小，在理想的情况下波速可减小为零，从而实现波的零反射，该楔形结构即为一维理想声学黑洞结构。利用声学黑洞可以将结构中传播的波动能量聚集在特定的位置。声学黑洞对波的聚集具有宽频高效、实现方法简单灵活等特点,在薄壁结构的减振降噪、能量回收等应用中具有明显的优势。

如图1所示，一维理想声学黑洞结构的楔形块1两个表面中，一面为平面、另一面的高度满足h(x)＝εx^m,m≥2，然而受到加工制作工艺的限制，理想声学黑洞楔形块在实际加工中难以实现，往往会在楔形块结构厚度减小到一定值时截断，使得声波反射系数明显增大，严重影响声学黑洞结构的能量聚集效应。研究表明，很小的截断厚度即可使得反射系数增大至50～70％，不利于声学黑洞结构有效抑制振动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，本方法制作的一维理想声学黑洞楔形块避免一维声学黑洞结构在加工过程中发生尖端截断，满足楔形结构表面的要求，确保声学黑洞结构的能量聚集效应。

为解决上述技术问题，本发明一维理想声学黑洞楔形块的制作方法包括如下步骤：

步骤一、分别制作内腔截面为矩形且顶面开口的壳体以及垫块，所述垫块包括平排布置的第一矩形块和第二矩形块，所述第二矩形块的顶面为弧形面且弧形面的底边与所述第一矩形块的顶面齐平，所述弧形面的弧形曲线满足方程h(x)＝εx^m,m≥2，其中，h和x分别为弧形曲线的纵坐标和横坐标，m为外形参数，ε为修正系数；

步骤二、将垫块置于壳体的内腔，并且壳体内腔周面与垫块周面贴合无缝隙，垫块的第二矩形块顶面弧形面的顶边与壳体顶面齐平，垫块顶面与壳体顶面之间形成空腔；

步骤三、将理想声学黑洞结构材料熔融成液态后浇注于垫块顶面与壳体顶面之间的空腔，采用压铸机压制于壳体顶面，保温一段时间后待理想声学黑洞结构材料降温成型，形成长条楔形块；

步骤四、将长条楔形块从垫块顶面与壳体顶面之间的空腔内取出，得到一维理想声学黑洞楔形块。

进一步，所述弧形曲线方程h(x)＝εx^m中，m＝2，ε＝0.0025。

进一步，所述壳体采用机械加工或激光切割制作，所述壳体的外形尺寸为460×210×330mm，壳体壁厚为30mm，所述垫块的第一矩形块外形尺寸为200×150×200mm。

进一步，所述壳体包括底板和围于所述底板四边的挡板，所述底板与挡板之间以及相邻挡板之间采用螺栓连接。

进一步，所述壳体和垫块采用模具钢制作，所述理想声学黑洞结构材料为铝。

由于本发明一维理想声学黑洞楔形块的制作方法采用了上述技术方案，即本方法分别制作内腔截面为矩形且顶面开口的壳体以及垫块，垫块由第一矩形块和第二矩形块构成，第二矩形块的顶面为弧形面且弧形面的底边与第一矩形块的顶面齐平，弧形面满足弧形曲线方程；将垫块置于壳体内腔，垫块的第二矩形块顶面弧形面的顶边与壳体顶面齐平，垫块顶面与壳体顶面之间形成空腔；将理想声学黑洞结构材料熔融成液态后浇注于该空腔，采用压铸机压制于壳体顶面，保温一段时间后待理想声学黑洞结构材料降温成型，形成长条楔形块；将长条楔形块从空腔内取出，得到一维理想声学黑洞楔形块。本方法制作的一维理想声学黑洞楔形块避免一维声学黑洞结构在加工过程中发生尖端截断，满足楔形结构表面的要求，确保声学黑洞结构的能量聚集效应。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为一维理想声学黑洞结构示意图；

图2为本方法中壳体结构示意图；

图3为本方法中垫块结构示意图；

图4为本方法中垫块设于壳体内腔的示意图；

图5为采用本方法制得的一维理想声学黑洞楔形块结构示意图。

具体实施方式

实施例如图2至图5所示，本发明一维理想声学黑洞楔形块的制作方法包括如下步骤：

步骤一、分别制作内腔截面为矩形且顶面开口的壳体1以及垫块2，所述垫块2包括平排布置的第一矩形块21和第二矩形块22，所述第二矩形块22的顶面为弧形面23且弧形面23的底边与所述第一矩形块21的顶面齐平，所述弧形面23的弧形曲线满足方程h(x)＝εx^m,m≥2，其中，h和x分别为弧形曲线的纵坐标和横坐标，m为外形参数，ε为修正系数；

步骤二、将垫块2置于壳体1的内腔，并且壳体1内腔周面与垫块2周面贴合无缝隙，垫块2的第二矩形块22顶面弧形面23的顶边与壳体1顶面齐平，垫块2顶面与壳体1顶面之间形成空腔；

步骤三、将理想声学黑洞结构材料熔融成液态后浇注于垫块2顶面与壳体1顶面之间的空腔，采用压铸机压制于壳体1顶面，保温一段时间后待理想声学黑洞结构材料降温成型，形成长条楔形块3；

步骤四、将长条楔形块3从垫块2顶面与壳体1顶面之间的空腔内取出，得到一维理想声学黑洞楔形块。

优选的，所述弧形曲线方程h(x)＝εx^m中，m＝2，ε＝0.0025。

优选的，所述壳体1采用机械加工或激光切割制作，所述壳体1的外形尺寸为460×210×330mm，壳体1壁厚为30mm，所述垫块2的第一矩形块21外形尺寸为200×150×200mm。

优选的，所述壳体1包括底板11和围于所述底板11四边的挡板12，所述底板11与挡板12之间以及相邻挡板12之间采用螺栓13连接。当壳体采用底板和挡板构成时，拆卸底板与挡板之间的螺栓，卸下底板，顶推垫块，即可方便将楔形块顶出。

优选的，所述壳体1和垫块2采用模具钢制作，所述理想声学黑洞结构材料为铝。通常模具钢的熔点为1300～1400℃左右，铝的熔点为660.2℃，因此在铝融成液态浇注于空腔时，壳体和垫块依旧保持稳定模型，提高楔形块成型的可靠性。

一维声学黑洞结构中的楔形块截面厚度按幂函数h(x)＝εx^m(m>＝2)变化，声学黑洞效应的实质是弯曲波在厚度按幂指数关系逐渐减小的楔形块上，波速减小、波长被压缩、振幅增大、相速度和群速度发生变化，在尖端实现能量聚集，从而达到减振降噪的功能。本方法通过垫块的第二矩形块顶面的弧形面满足该幂函数，配合壳体及垫块的第一矩形块，在壳体上方形成空腔，在空腔内浇注熔融的理想声学黑洞结构材料，从而得到一维理想声学黑洞楔形块，其中，第一矩形块和第二矩形块是一个整体，构成完整的垫块的形状结构。本方法克服现有技术在实际加工声学黑洞结构过程中，理想的一维声学黑洞结构容易在尖端发生截断的问题。本方法通过壳体及垫块的加工，避免了直接制作外包套筒时与楔形块之间有缝隙而产生的制造误差，提高楔形块的制作精度。

Claims (5)

1.一种一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、分别制作内腔截面为矩形且顶面开口的壳体以及垫块，所述垫块包括平排布置的第一矩形块和第二矩形块，所述第二矩形块的顶面为弧形面且弧形面的底边与所述第一矩形块的顶面齐平，所述弧形面的弧形曲线满足方程h(x)＝εx^m,m≥2，其中，h和x分别为弧形曲线的纵坐标和横坐标，m为外形参数，ε为修正系数；

步骤二、将垫块置于壳体的内腔，并且壳体内腔周面与垫块周面贴合无缝隙，垫块的第二矩形块顶面弧形面的顶边与壳体顶面齐平，垫块顶面与壳体顶面之间形成空腔；

步骤三、将理想声学黑洞结构材料熔融成液态后浇注于垫块顶面与壳体顶面之间的空腔，采用压铸机压制于壳体顶面，保温一段时间后待理想声学黑洞结构材料降温成型，形成长条楔形块；

步骤四、将长条楔形块从垫块顶面与壳体顶面之间的空腔内取出，得到一维理想声学黑洞楔形块。

2.根据权利要求1所述的一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，其特征在于：所述弧形曲线方程h(x)＝εx^m中，m＝2，ε＝0.0025。

3.根据权利要求1或2所述的一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，其特征在于：所述壳体采用机械加工制作，所述壳体的外形尺寸为460×210×330mm，壳体壁厚为30mm，所述垫块的第一矩形块外形尺寸为200×150×200mm。

4.根据权利要求3所述的一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，其特征在于：所述壳体包括底板和围于所述底板四边的挡板，所述底板与挡板之间以及相邻挡板之间采用螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一维理想声学黑洞楔形块的制作方法，其特征在于：所述壳体和垫块采用模具钢制作，所述理想声学黑洞结构材料为铝。

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