CN112581928A - 一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构 - Google Patents

Abstract

一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，涉及一种夹芯梁结构。本发明解决了现有技术中存在结构复杂和价格昂贵的问题。本发明的面板和背板的一侧平面上均设有正交加筋板，正交加筋板内有多个空腔，双侧声学黑洞嵌入板的上下两个侧面上均嵌入多个声学黑洞，且在声学黑洞厚度上最薄位置处开设截断孔，面板、双侧声学黑洞嵌入板和背板按照由上至下的顺序相互嵌入连接成夹芯梁结构，且双侧声学黑洞嵌入板上的每个声学黑洞嵌入到一个空腔内，所述嵌入到空腔内的声学黑洞为一个单胞结构，多个声学黑洞为单排排布，面板和背板的厚度均为1mm‑5mm，正交加筋板的肋梁高度为5mm‑30mm，肋梁的厚度为1mm‑5mm。本发明用于航行器的减振降噪。

Description

一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构

技术领域

本发明涉及一种夹芯梁结构，具体涉及一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构,是一种周期夹芯复合梁结构，属于航空航天与船舶结构的减振降噪领域。

背景技术

在航空航天与船舶等动力机械领域，振动与噪声问题比较常见，由于振动与噪声的存在，不仅将影响到航行器的各种设备的正常运行，而且也将较大地影响工作人员的生活环境，因此，航行器领域工程中的振动与噪声问题，一直以来受到人们的重视。对于航行器结构的减振降噪问题，一般而言可以采用主动控制的方法来实现。主动控制方法可以实现不同频段的振动抑制性能，但是主动控制方法需要有外部能源输入，而且往往需要设计较为复杂的控制系统，这在成本与设计上将较为复杂与昂贵。

综上所述，现有采用主动控制的方式来解决航行器结构的减振降噪问题时，存在结构复杂和价格昂贵的问题。

发明内容

本发明为了解决现有采用主动控制的方式来解决航行器结构的减振降噪问题时，存在结构复杂和价格昂贵的问题。进而提供了一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构。

本发明的技术方案是一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，它包括面板和背板，它还包括双侧声学黑洞嵌入板，面板和背板均为矩形板，且面板和背板的一侧平面上均设有正交加筋板，正交加筋板内有多个空腔，双侧声学黑洞嵌入板的上下两个侧面上均嵌入多个声学黑洞，且在声学黑洞厚度上最薄位置处开设截断孔，面板、双侧声学黑洞嵌入板和背板按照由上至下的顺序相互嵌入连接成夹芯梁结构，且双侧声学黑洞嵌入板上的每个声学黑洞嵌入到一个空腔内，所述嵌入到空腔内的声学黑洞为一个单胞结构，多个声学黑洞为单排排布，面板和背板的厚度均为1mm-5mm，正交加筋板的肋梁高度为5mm-30mm，肋梁的厚度为1mm-5mm。

优选地，空腔为正方形空腔。

进一步地，面板、双侧声学黑洞嵌入板和背板按照由上至下的顺序采用胶粘或者焊接的方式固定连接；或者面板、双侧声学黑洞嵌入板和背板按照由上至下的顺序3D打印一体成型。

进一步地，面板和背板的材质为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢或钢。

进一步地，双侧声学黑洞嵌入板的厚度为5mm-20mm。

进一步地，截断孔的厚度为0.5mm-2mm。

进一步地，双侧声学黑洞嵌入板的材质为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢或钢。

进一步地，单胞结构的数量为4-10个。

进一步地，面板、双侧声学黑洞嵌入板和背板的材质均为光敏树脂材料或铝合金。

本发明与现有技术相比具有以下改进效果：

1、本发明通过调节双侧声学黑洞的厚度变化函数和截断厚度，面板和背板所用矩形板的厚度，面板和背板所用正交加筋板的高度与厚度，可以进一步提升结构的减振性能以及调节振动带隙出现的频率位置。具体实现原理如下：其一，基于声子晶体的频率禁带机理，通过设计周期结构的几何与物理参数，例如，增加结构的周期数、面板和背板的厚度、正交加筋板的厚度或减小正交加筋板的高度可以有效地抑制结构的振动，具有较好的可靠性与可设计性。其二，基于声学黑洞结构利用弯曲波的能量聚焦原理，通过设计声学黑洞结构的厚度尺寸，可以使得传入结构中的弯曲波的传播速度逐渐衰减到零，由此可以实现对结构弯曲波的抑制，从而实现对结构振动与噪声的抑制。因此，本发明中在条件允许的范围内，通过减小声学黑洞的截断厚度，可以显著增强对结构振动与噪声的抑制效果。

2、本发明通过引入正交加筋肋梁构建夹芯平板结构，能有效地提高结构的整体刚度，在满足隔声能力的同时，还具有较为优良的结构强度。

3、本发明的复合夹芯平板(梁)结构具有经济耐用，性能可靠，成本低，使用寿命长，不易变形，对环境无污染等优点，具有较高的应用价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构轴测图。图2是正交加筋板4安装在面板1上的轴测图。图3是双侧声学黑洞嵌入板2的轴测图。图4是正交加筋板4安装在背板3上的轴测图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，它包括面板1和背板3，它还包括双侧声学黑洞嵌入板2，面板1和背板3均为矩形板，且面板1和背板3的一侧平面上均设有正交加筋板4，正交加筋板4 内有多个空腔7，双侧声学黑洞嵌入板2的上下两个侧面上均嵌入多个声学黑洞5，且在声学黑洞5厚度上最薄位置处开设截断孔6，面板1、双侧声学黑洞嵌入板2和背板3按照由上至下的顺序相互嵌入连接成夹芯梁结构，且双侧声学黑洞嵌入板2上的每个声学黑洞5 嵌入到一个空腔7内，所述嵌入到空腔7内的声学黑洞5为一个单胞结构，多个声学黑洞 5为单排排布，面板1和背板3的厚度均为1mm-5mm，正交加筋板4的肋梁高度为5mm-30mm，肋梁的厚度为1mm-5mm。

本实施方式中对其尺寸选择与夹芯平板结构的隔声降噪性能有关，在低频范围内，面板厚度、肋梁厚度越厚，肋梁高度越小，结构的减振性能越好；面板厚度、肋梁高度越小，肋梁厚度越厚，结构的隔声性能越好。

具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式的空腔7为正方形空腔。如此设置，考虑到单个声学黑洞是由一维声学黑洞旋转而成，具有良好的对称性，因此设计相应的面板与空腔均为正方形，保证整体结构优良的结构强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的面板1、双侧声学黑洞嵌入板2和背板3按照由上至下的顺序采用胶粘或者焊接的方式固定连接；或者面板1、双侧声学黑洞嵌入板2和背板3按照由上至下的顺序3D打印一体成型。如此设置，可以保证整体结构的稳定性，在通过调节结构的尺寸、材料参数控制频率带隙位置时，确保实验结果可以满足实际需要。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的面板1和背板3的材质为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢或钢。如此设置，如果面板1和背板3的材质为钢，那么双侧声学黑洞嵌入板2的材质也为金属，则声学嵌入板2 余面板1和背板3的固接方式为焊接，其具体材料及尺寸应是实际工作条件而定。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的双侧声学黑洞嵌入板2的厚度为5mm-20mm。如此设置，兼顾本发明所述夹芯结构强度以及所处工作环境，嵌入板的厚度越厚，可以提高整体结构强度，视总厚度的限制条件而定。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的截断孔6的厚度为0.5mm-2mm。如此设置，截断孔处厚度与本发明所述结构的隔声降噪性能有关，声学黑洞5的截断厚度6越小，所述夹芯平板结构的隔声性能越好，其厚度也应视实际加工条件而定。其它组成和连接关系与具体实施方式一至五中任意一项相同。

具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的双侧声学黑洞嵌入板2的材质为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢或钢。如此设置，如果双侧声学黑洞嵌入板2的材质为钢，那么面板1和背板3的材质也为金属，则声学嵌入板2与面板1和背板3的固接方式为焊接，其具体材料及尺寸应是实际工作条件而定。其它组成和连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。

具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式的单胞结构的数量为4-10个。如此设置，优选为4个或5个，满足周期结构要求，保证一定的减振降噪性能，又能避免周期数过多带来的整体刚度降低的问题。其它组成和连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的面板1、双侧声学黑洞嵌入板2和背板3的材质均为光敏树脂材料或铝合金。如此设置，考虑本发明所述平板结构的实际工作环境对于减振结构承重量的要求，如果减震结构的承重量要求低，则可以考虑轻质材料。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。

结合图1至图4说明本发明的实现原理：

本发明在使用过程中，声波通过夹芯梁结构传播时分为三部分，其一是由面板1反射的能量，其二是通过面板3透射的能量，其三是夹芯结构内部吸收的能量。其中，被吸收的能量一部分是由于周期结构的频率禁带特性阻碍了禁带范围内振动和声的传播，通过调节结构的尺寸、材料参数可以控制频率禁带(频率带隙)的位置；另一部分是由于声波入射到声学黑洞5表面时，变化的厚度会偏转弯曲波的传播方向，将其集中到声学黑洞的中心区域6。同时，随着板厚度的减小，波速也在逐渐减小并在厚度最小的边界处产生能量聚焦效应，从而实现能量吸收以及振动抑制。

本发明在满足结构强度性能要求的同时，还具有中低频段禁带特性的振动抑制能力。它包括面板、双侧声学黑洞嵌入梁、背板，面板和背板为矩形板与正交加筋板的组合，矩形板、正交加筋板、面板、背板与声学黑洞嵌入板通过粘接或焊接进行组合，也可采用3D 打印技术一体成型。面板和背板，声学黑洞嵌入梁的材质可以为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢、钢，厚度为1～5mm；正交加筋板的筋高度为5～30mm。

本发明提出的新型复合周期夹芯梁结构具有经济耐用，性能可靠，成本低，使用寿命长，不易变形，对环境无污染等优点。

本发明所提出的新型复合夹芯梁结构具有对称性，可以双向吸收来自双侧的振动。可以通过调节双侧声学黑洞的厚度变化函数和截断厚度，面板和背板所用矩形板的厚度，所用正交加筋的高度与厚度，进一步提升结构的减振性能以及调节振动带隙的位置。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，它包括面板(1)和背板(3)，其特征在于：它还包括双侧声学黑洞嵌入板(2)，面板(1)和背板(3)均为矩形板，且面板(1)和背板(3)的一侧平面上均设有正交加筋板(4)，正交加筋板(4)内有多个空腔(7)，双侧声学黑洞嵌入板(2)的上下两个侧面上均嵌入多个声学黑洞(5)，且在声学黑洞(5)厚度上最薄位置处开设截断孔(6)，面板(1)、双侧声学黑洞嵌入板(2)和背板(3)按照由上至下的顺序相互嵌入连接成夹芯梁结构，且双侧声学黑洞嵌入板(2)上的每个声学黑洞(5)嵌入到一个空腔(7)内，所述嵌入到空腔(7)内的声学黑洞(5)为一个单胞结构，多个声学黑洞(5)为单排排布，面板(1)和背板(3)的厚度均为1mm-5mm，正交加筋板(4)的肋梁高度为5mm-30mm，肋梁的厚度为1mm-5mm。

2.根据权利要求1所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：空腔(7)为正方形空腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：面板(1)、双侧声学黑洞嵌入板(2)和背板(3)按照由上至下的顺序采用胶粘或者焊接的方式固定连接；或者面板(1)、双侧声学黑洞嵌入板(2)和背板(3)按照由上至下的顺序3D打印一体成型。

4.根据权利要求3所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：面板(1)和背板(3)的材质为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢或钢。

5.根据权利要求1所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：双侧声学黑洞嵌入板(2)的厚度为5mm-20mm。

6.根据权利要求6所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：截断孔(6)的厚度为0.5mm-2mm。

7.根据权利要求6所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：双侧声学黑洞嵌入板(2)的材质为聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基酸甲酯、玻璃钢或钢。

8.根据权利要求1所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：单胞结构的数量为4-10个。

9.根据权利要求1所述的一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构，其特征在于：面板(1)、双侧声学黑洞嵌入板(2)和背板(3)的材质均为光敏树脂材料或铝合金。

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