一種基于非對(duì)稱膜類亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的低頻寬帶吸聲材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于低頻減振降噪的吸聲材料，具體為一種基于非對(duì)稱膜類亞波長(zhǎng)結(jié) 構(gòu)的低頻寬帶吸聲材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代社會(huì)中噪聲無(wú)處不在，既有來(lái)自高速公路、高速鐵路的交通噪聲，也有來(lái)自建 筑工地的施工噪聲和大型廠礦的工業(yè)噪聲以及日常生活中的生活噪聲等。人們想出了各式 各樣的辦法來(lái)減振降噪，減小或消除噪聲帶來(lái)的不利影響。噪聲不僅僅代表著無(wú)用，而且更 重要的是對(duì)人體和機(jī)械都具有很嚴(yán)重的負(fù)面影響。其中低頻噪聲的危害更加嚴(yán)重，其控制 長(zhǎng)期以來(lái)都是一個(gè)很有挑戰(zhàn)性的課題，由于普通材料在低頻附近耗散率比較低，低頻噪聲 傳播過(guò)程中穿透力強(qiáng)，難以衰減。所以低頻噪聲的治理一直都備受關(guān)注。
[0003] 形成結(jié)構(gòu)振動(dòng)并產(chǎn)生噪聲輻射的本質(zhì)原因通?？蓺w結(jié)于結(jié)構(gòu)中的彈性波傳播效 應(yīng)，以及結(jié)構(gòu)彈性波與周圍聲介質(zhì)（如空氣、水）的相互耦合作用。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)中的彈性波 行為進(jìn)行調(diào)控是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減振降噪的一種有效手段。最近，在聲物理發(fā)展的前沿，"聲子晶 體"和"聲學(xué)超材料"等新概念的提出為實(shí)現(xiàn)"人為操控彈性介質(zhì)及結(jié)構(gòu)中的波傳播"的研究 工作掀開(kāi)了嶄新篇章。其中超材料是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。近年來(lái)， 有關(guān)超材料的新思想、新成果和新應(yīng)用領(lǐng)域?qū)映霾桓F，使超材料的研究領(lǐng)域飛速發(fā)展。膜類 聲學(xué)超材料則是近年來(lái)在局域共振聲子晶體和聲學(xué)超材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類具有 "雙負(fù)"聲學(xué)特性的材料。該超材料能夠在一定的低頻頻率段內(nèi)表現(xiàn)出一般材料所不具有的 聲學(xué)特性:梅軍、Z. Yang等提出了一種薄膜型聲學(xué)超材料，采用柔軟膜類和小質(zhì)量塊的結(jié) 構(gòu)，使得在100Hz~1000Hz的頻率范圍內(nèi)有著良好的隔聲量，并在透射峰值處存在著負(fù)等效 質(zhì)量密度;〇11^81:;[1^]\他1€7等提出一種基于局域共振機(jī)理的膜類聲學(xué)超材料，在100!^~ 1000Hz的一些頻率打破了質(zhì)量定理的預(yù)測(cè)，而且可以通過(guò)調(diào)節(jié)共振質(zhì)量塊的大小來(lái)改變隔 聲量峰值等。近年來(lái)的研究成果都說(shuō)明了膜類聲學(xué)超材料已經(jīng)成為了新一代隔聲吸聲性能 的研究對(duì)象，有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 但在處理低頻問(wèn)題時(shí)，膜類聲學(xué)超材料雖然有著良好的低頻特性，但共振頻率的 降低是以犧牲共振帶寬為代價(jià)的，大量學(xué)者提出的吸收型膜類聲學(xué)超材料在中頻段內(nèi)有一 個(gè)寬頻吸聲，但低頻段只有一個(gè)較窄的帶寬。怎樣在保證低頻吸聲特性的同時(shí)，讓結(jié)構(gòu)也能 具有一個(gè)寬頻的特性，這是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于非對(duì)稱膜類亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的低頻 寬帶吸聲材料，在保證吸聲材料的低頻特性上，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得材料同時(shí)具有寬頻吸聲 的效果，較現(xiàn)有的吸聲材料具有全面的低頻寬帶性能提升。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于非對(duì)稱膜類亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的低頻寬帶吸聲材料，包括若干個(gè)吸聲單元，每 個(gè)吸聲單元包括框架，柔性薄膜，以及八個(gè)質(zhì)量均不相同的質(zhì)量塊;框架呈田字形設(shè)置;柔 性薄膜張緊固定在框架上形成四個(gè)對(duì)等的消聲單元;八個(gè)質(zhì)量塊兩兩分為一組，且分別一 一對(duì)應(yīng)的固定在消聲單元的薄膜上;若干吸聲單元在框架平面內(nèi)向四周擴(kuò)展拼接形成基于 非對(duì)稱膜類亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的低頻寬帶吸聲材料。
[0008] 優(yōu)選的，質(zhì)量塊采用半圓鐵片制成，半圓鐵片的橫截面相同，厚度均不一樣。
[0009] 進(jìn)一步，每一組中的半圓鐵片呈直徑側(cè)相鄰的對(duì)稱設(shè)置。
[0010] 優(yōu)選的，框架包括均呈田字形設(shè)置的兩部分，薄膜層張緊固定在框架上下兩部分 的中間。
[0011] 優(yōu)選的，框架采用有機(jī)玻璃或金屬材料制成。
[0012]優(yōu)選的，柔性薄膜采用甲基乙烯基硅橡膠制成。
[0013] 優(yōu)選的，框架與柔性薄膜之間，以及柔性薄膜與質(zhì)量塊之間均采用粘結(jié)固定。
[0014] 進(jìn)一步，粘結(jié)采用單組份的瞬間固化粘合劑。
[0015] 優(yōu)選的，每個(gè)質(zhì)量塊的質(zhì)量Μ與對(duì)應(yīng)的吸聲峰值頻率f關(guān)系為
中const為常數(shù)。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0017] 本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)主要由柔性薄膜和質(zhì)量塊系統(tǒng)組成的四邊形吸聲單元材料，質(zhì)量 塊之間的非對(duì)稱分布使得其動(dòng)力學(xué)特性表現(xiàn)為具有多個(gè)等效質(zhì)量密度為零的頻率點(diǎn)，即具 有多個(gè)吸聲系數(shù)的峰值;從彈性應(yīng)變能的角度來(lái)看，在非對(duì)稱模式的影響下，結(jié)構(gòu)的總彈性 應(yīng)變能在全頻段內(nèi)高于對(duì)稱模式的應(yīng)變能，結(jié)構(gòu)整體的吸聲性能得到了極大的提高，吸聲 帶寬從原來(lái)的窄頻擴(kuò)大為寬頻。更為重要的是，吸聲結(jié)構(gòu)整體的面密度很低，材料便宜，易 于實(shí)現(xiàn)。
[0018] 進(jìn)一步，該低頻寬帶吸聲材料可以適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的要求。其制造過(guò)程工藝快 速簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化批量生產(chǎn)。采用便于加工的金屬和硅膠薄膜材料作為主要制備材料，重 量小，可以在不影響設(shè)備整體性能的同時(shí)，達(dá)到減振降噪的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明XY界面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明XZ界面的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)例所述低頻寬帶吸聲材料的吸聲系數(shù) [0023]圖中：1~8為八個(gè)質(zhì)量不等的質(zhì)量塊;9層柔性薄膜;10框架。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0025]本發(fā)明提供一種可以用于各種低頻設(shè)備和場(chǎng)所的低頻寬帶吸聲材料和結(jié)構(gòu)，采用 非對(duì)稱質(zhì)量塊的布置方式，目的是將低頻吸聲結(jié)構(gòu)的窄頻特性擴(kuò)大為寬頻，所以該吸聲材 料不僅在低頻段內(nèi)有良好的吸聲能力，更重要的是同時(shí)也具有寬頻吸聲的特性。柔性薄膜 采用比較軟的甲基乙烯基硅橡膠制成的薄膜，該材料通過(guò)粘結(jié)劑同質(zhì)量塊和框架粘結(jié)成為 整體，構(gòu)成了優(yōu)良的低頻寬帶吸聲材料。