CN112687254A - 一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构 - Google Patents

一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构 Download PDF

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Abstract

一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹‑蜂窝超材料板结构，属于工程减振降噪技术领域，本发明为了解决传统夹层板类构件的力学性能和声学性能较为局限，在工程应用中，隔声量和吸声能力较差的问题，本发明中所述波纹‑蜂窝超材料夹心板包括顶板、N个波纹‑蜂窝夹芯单元和底板，N个波纹‑蜂窝夹芯单元呈周期性排列在顶板和底板之间，且相邻两个波纹‑蜂窝夹芯单元之间通过隔板隔开，每个波纹‑蜂窝夹芯单元的顶部与顶板的下表面固定连接，每个波纹‑蜂窝夹芯单元的底部与底板的上表面固定连接，每个波纹‑蜂窝夹芯单元与底板之间呈周期性分布有四个局域共振机构，每个局域共振机构固接在底板的上表面上。

Description

一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构
技术领域
本发明属于工程减振降噪技术领域，具体涉及一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构。
背景技术
在工程结构设计中，减振降噪性能是衡量结构实用性的一项重要指标。船舶、飞机和高铁的壁板结构需要其既有一定的承载能力，还需具有一定的隔声、吸声能力。现有的夹层板类构件的力学性能和声学性能较为局限，在工程应用中，结构可能受到各种频率的激励，当激励频率与结构的固有频率一致时，结构无法与固有频率发生共振，导致某些特定频率时它的隔声量和吸声能力将大幅降低。因此研发一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构可以有效解决上述问题，提高夹层板在工程应用中的隔声、吸声能力是很复合实际需要的。
发明内容
本发明为了解决传统夹层板类构件的力学性能和声学性能较为局限，在工程应用中，隔声量和吸声能力较差的问题，进而提供一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构；
一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，所述超材料板结构包括波纹-蜂窝超材料夹心板和4N个局域共振机构，N为正整数；
所述波纹-蜂窝超材料夹心板包括顶板、N个波纹-蜂窝夹芯单元和底板，N个波纹-蜂窝夹芯单元呈周期性排列在顶板和底板之间，且相邻两个波纹-蜂窝夹芯单元之间通过隔板隔开，每个波纹-蜂窝夹芯单元的顶部与顶板的下表面固定连接，每个波纹-蜂窝夹芯单元的底部与底板的上表面固定连接，每个波纹-蜂窝夹芯单元与底板之间呈周期性分布有四个局域共振机构，每个局域共振机构固接在底板的上表面上；
进一步地，所述波纹-蜂窝夹芯单元包括波纹夹芯和蜂窝夹芯；
所述蜂窝夹芯为十字板结构，波纹夹芯包含四组直角三角形板，每组直角三角形板设置在蜂窝夹芯中的一个象限中，且每组直角三角形板中的两个直角三角形板沿所在象限的对角线对称设置，每组直角三角形板中的每个直角三角形板的一侧直角边与所在象限中所对应十字板的顶部固定连接，每个直角三角形板中与固接在十字板的顶部相对的顶点设置在底板上，且两个直角三角形板的斜边拼接成形设置，每个局域共振机构设置在一组直角三角形板与底板所形成的空间中；
进一步地，每个局域共振机构包括一个质量块和一根橡胶弹簧，橡胶弹簧沿竖直方向设置在底板上，且橡胶弹簧的一端与底板的顶面固定连接，质量块设置在橡胶弹簧上，且质量块与橡胶弹簧的另一端固定连接；
进一步地，所述顶板为微穿孔板；
进一步地，所述顶板中每个穿孔的轴线与蜂窝夹芯的轴线共线设置；
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明提供一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，相比于传统板类构件有更好的承载能力，亥姆霍兹共振结构的引入能显著提高结构的吸声性能，局域共振机构的引入能显著增强结构隔声曲线低谷对应共振频率下的声学性能。
2.本发明提供一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，通过将原始结构的面板设计成微穿孔板，与板内空腔形成亥姆霍兹共振结构，具有良好的吸声能力。
3.本发明提供一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，通过施加质量块和橡胶弹簧形成局域共振机构附着在底板上，形成基于局域共振机构提高隔吸声性能的新型微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，通过合理设计尺寸关系可以提高结构特定频率时的隔声量。
4.本发明提供一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，所用质量块的质量和橡胶弹簧的尺寸可以根据工程需要调整，拆装简易，且本发明造价低廉，易于工程结构上推广应用。
附图说明
图1为本发明的轴侧示意图；
图2为本发明的俯视示意图；
图3为本发明的主视示意图；
图4为本发明中侧视示意图；
图5为本发明中波纹-蜂窝夹芯单元分布主视示意图；
图6为本发明中波纹-蜂窝夹芯单元分布轴侧示意图；
图7为本发明中局域共振机构分布主视示意图；
图8为本发明中局域共振机构分布轴侧示意图；
图中包括1顶板、2波纹夹芯、3蜂窝夹芯、4质量块、5橡胶弹簧和6底板。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式提供了一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，所述超材料板结构包括波纹-蜂窝超材料夹心板和4N个局域共振机构，N为正整数；
所述波纹-蜂窝超材料夹心板包括顶板1、N个波纹-蜂窝夹芯单元和底板6，N个波纹-蜂窝夹芯单元呈周期性排列在顶板1和底板6之间，且相邻两个波纹-蜂窝夹芯单元之间通过隔板隔开，每个波纹-蜂窝夹芯单元的顶部与顶板1的下表面固定连接，每个波纹-蜂窝夹芯单元的底部与底板6的上表面固定连接，每个波纹-蜂窝夹芯单元与底板6之间呈周期性分布有四个局域共振机构，每个局域共振机构固接在底板6的上表面上。。
本实施方式中，提供一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，相比于传统板类构件有更好的承载能力，亥姆霍兹共振结构的引入能显著提高结构的吸声性能，局域共振机构的引入能显著增强结构隔声曲线低谷对应共振频率下的声学性能。
具体实施方式二：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的波纹-蜂窝夹芯单元作进一步限定，本实施方式中，所述波纹-蜂窝夹芯单元包括波纹夹芯2和蜂窝夹芯3；
所述蜂窝夹芯3为十字板结构，波纹夹芯2包含四组直角三角形板，每组直角三角形板设置在蜂窝夹芯3中的一个象限中，且每组直角三角形板中的两个直角三角形板沿所在象限的对角线对称设置，每组直角三角形板中的每个直角三角形板的一侧直角边与所在象限中所对应十字板的顶部固定连接，每个直角三角形板中与固接在十字板的顶部相对的顶点设置在底板6上，且两个直角三角形板的斜边拼接成形设置，每个局域共振机构设置在一组直角三角形板与底板6所形成的空间中。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中，波纹夹芯2与蜂窝夹芯3周期性排列相交形成该超材料板的芯层，并连接顶板1和底板6。其中波纹-蜂窝夹层的参数可以根据实际需求变化，通过计算结构的隔声量，确定隔声量较低的共振频率。
具体实施方式三：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的局域共振机构作进一步限定，本实施方式中，每个局域共振机构包括一个质量块4和一根橡胶弹簧5，橡胶弹簧5沿竖直方向设置在底板6上，且橡胶弹簧5的一端与底板6的顶面固定连接，质量块4设置在橡胶弹簧5上，且质量块4与橡胶弹簧5的另一端固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
本实施方式中，通过施加质量块4和橡胶弹簧5形成局域共振机构附着在底板上，形成基于局域共振机构提高隔吸声性能的新型微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，通过合理设计尺寸关系可以提高结构特定频率时的隔声量，通过合理设计质量块4和橡胶弹簧5的尺寸，可以实现在结构共振频率下隔声量的提升。微穿孔面板与波纹-蜂窝芯层围成的空腔自然地形成了亥姆霍兹共振结构，此种现象可以大幅提高结构的吸声能力。
具体实施方式四：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的顶板1作进一步限定，本实施方式中，所述顶板1为微穿孔板其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。
如此设置，通过将原始结构的面板设计成微穿孔板，与板内空腔形成亥姆霍兹共振结构，具有良好的吸声能力。
具体实施方式五：参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的顶板1作进一步限定，本实施方式中，所述顶板1中每个穿孔的轴线与蜂窝夹芯3的轴线共线设置。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
如此设置，有利于保证微穿孔面板与波纹-蜂窝芯层围成的空腔自然地形成了亥姆霍兹共振结构的稳定性，以及声音穿过本发明时振幅吸收的均匀性，有利于提高本结构的隔振和吸声能力。
工作原理
本发明提出的一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，具有优于传统夹层板的力学特性。在工程应用中，波纹-蜂窝超材料板结构可能受到各种频率的激励，当激励频率与结构的固有频率一致时，结构将发生共振，达到某些特定频率时它的隔声量和吸声能力将大幅降低。通过将局域共振机构的共振效应与微穿孔波纹-蜂窝板结合形成新的波纹-蜂窝超材料板结构，通过局域共振机构耗散板结构在共振频率时的能量，可以显著降低共振时的振幅，从而提高此时原本较低的隔声量和吸声量。

Claims (5)

1.一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，其特征在于：所述超材料板结构包括波纹-蜂窝超材料夹心板和4N个局域共振机构，N为正整数；
所述波纹-蜂窝超材料夹心板包括顶板(1)、N个波纹-蜂窝夹芯单元和底板(6)，N个波纹-蜂窝夹芯单元呈周期性排列在顶板(1)和底板(6)之间，且相邻两个波纹-蜂窝夹芯单元之间通过隔板隔开，每个波纹-蜂窝夹芯单元的顶部与顶板(1)的下表面固定连接，每个波纹-蜂窝夹芯单元的底部与底板(6)的上表面固定连接，每个波纹-蜂窝夹芯单元与底板(6)之间呈周期性分布有四个局域共振机构，每个局域共振机构固接在底板(6)的上表面上。
2.根据权利要求1中所述的一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，其特征在于：所述波纹-蜂窝夹芯单元包括波纹夹芯(2)和蜂窝夹芯(3)；
所述蜂窝夹芯(3)为十字板结构，波纹夹芯(2)包含四组直角三角形板，每组直角三角形板设置在蜂窝夹芯(3)中的一个象限中，且每组直角三角形板中的两个直角三角形板沿所在象限的对角线对称设置，每组直角三角形板中的每个直角三角形板的一侧直角边与所在象限中所对应十字板的顶部固定连接，每个直角三角形板中与固接在十字板的顶部相对的顶点设置在底板(6)上，且两个直角三角形板的斜边拼接成形设置，每个局域共振机构设置在一组直角三角形板与底板(6)所形成的空间中。
3.根据权利要求2中所述的一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，其特征在于：每个局域共振机构包括一个质量块(4)和一根橡胶弹簧(5)，橡胶弹簧(5)沿竖直方向设置在底板(6)上，且橡胶弹簧(5)的一端与底板(6)的顶面固定连接，质量块(4)设置在橡胶弹簧(5)上，且质量块(4)与橡胶弹簧(5)的另一端固定连接。
4.根据权利要求3中所述的一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，其特征在于：所述顶板(1)为微穿孔板。
5.根据权利要求4中所述的一种提高隔吸声性能的微穿孔波纹-蜂窝超材料板结构，其特征在于：所述顶板(1)中每个穿孔的轴线与蜂窝夹芯(3)的轴线共线设置。
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