一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹了一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，它包括板體，板體是由第一上復(fù)合層、中間層和第一下復(fù)合層構(gòu)成，第一上復(fù)合層和第一下復(fù)合層均為纖維復(fù)合材料層，中間層為粘彈性薄膜阻尼層，第一上復(fù)合層與中間層之間以及第一下復(fù)合層與中間層之間均通過粘流態(tài)阻尼膠料粘接；在板體上開設(shè)有孔陣列，在每一個孔中分別安裝有一個質(zhì)量片，質(zhì)量片嵌入在所述粘彈性薄膜阻尼層上。本發(fā)明兼具多層阻尼減振及聲學(xué)超材料低頻隔振功能，具有低頻衰減能力強、易于實現(xiàn)選頻衰減等突出優(yōu)點，并具有良好的環(huán)保性能；該結(jié)構(gòu)可用于1000Hz以內(nèi)的振動控制，減振降噪性能與傳統(tǒng)材料相比有較大提升，可用于汽車、船艦等設(shè)備中低頻振動與噪聲的降低、隔離及控制。
【專利說明】
一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于振動噪聲控制和功能復(fù)合材料的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板結(jié)構(gòu)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]低頻振動和噪聲問題在汽車、列車、飛機、艦船等設(shè)備中普遍存在，由于低頻振動和噪聲能力衰減緩慢，穿透力強，難以對其實施阻礙和控制，嚴重制約了這些設(shè)備性能發(fā)揮及乘坐舒適性，甚至直接影響到設(shè)備操作及乘坐人員的身體健康與生命安全。
[0004]在實際工程中，常使用隔聲材料及阻尼材料來降低低頻振動與噪聲。但是，傳統(tǒng)的隔聲材料在隔離聲波和振動時，一般需要隔聲材料部件的厚度尺寸與聲波波長相匹配，例如，如果要隔離10Hz以下的聲波，就需要厚度超過Im的隔聲材料，這在汽車、列車、飛機等內(nèi)部空間緊湊的設(shè)備中，顯然是不現(xiàn)實的；雖然阻尼材料對低頻振動與噪聲有一定的消減作用，但隨著輕量化、經(jīng)濟性等要求的不斷增強，對阻尼材料的質(zhì)量限制也越來越嚴格，傳統(tǒng)阻尼材料并不能滿足低頻減振降噪的需求;因此迫切需要開發(fā)新的低頻減振降噪材料。
[0005]近年來，美國海軍研究試驗所、歐洲信息社會技術(shù)研究委員會、中國國家自然基金等對聲學(xué)超材料的理論及應(yīng)用研究進行了大力支持。聲學(xué)超材料是指具有負等效質(zhì)量密度或者負等效模量的人工亞波長結(jié)構(gòu)，2000年，劉正猷等把普通聲子晶體帶隙頻率降低了兩個數(shù)量級，突破了布拉格散射的限值，實現(xiàn)了小尺寸控制大波長的目的，這為低頻研究開辟了新的道路和方法。他們通過低頻處引入局部共振單元，實現(xiàn)等效負質(zhì)量密度。在低頻處，就會出現(xiàn)運動失諧現(xiàn)象，同時由于振子運動能吸收聲波所傳遞的能量而在低頻處產(chǎn)生禁帶。因此，要對低頻振動與噪聲進行隔離，聲學(xué)超材料是一種非常好的選擇。
[0006]綜上所述，對于1000Hz以下尤其是200Hz以內(nèi)頻段的低頻隔振問題，現(xiàn)有阻尼板，要么達不到低頻減、隔振的要求;要么結(jié)構(gòu)過于笨重，空間條件或成本不允許;要么只對單一頻率或者較窄的頻帶有效；因此，一種具有寬頻帶、滿足低頻減、隔振要求的新型阻尼板是迫切需求的。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，包括板體，所述板體是由第一上復(fù)合層、中間層和第一下復(fù)合層構(gòu)成，所述第一上復(fù)合層和第一下復(fù)合層均為纖維復(fù)合材料層，所述中間層為粘彈性薄膜阻尼層，所述第一上復(fù)合層與中間層之間以及第一下復(fù)合層與中間層之間均通過粘流態(tài)阻尼膠料粘接;在所述板體上開設(shè)有孔陣列，在每一個孔中分別安裝有一個質(zhì)量片，所述的質(zhì)量片嵌入在所述粘彈性薄膜阻尼層上。
[0010]優(yōu)化地，所述粘彈性薄膜阻尼層由丁腈橡膠、硅橡膠或復(fù)合橡膠材料制成。
[0011 ]優(yōu)化地，所述纖維復(fù)合材料層的厚度為0.1?2mm。
[0012]優(yōu)化地，所述粘彈性薄膜阻尼層的厚度為0.1?2mm。
[0013]優(yōu)化地，所述第一上復(fù)合層和第一下復(fù)合層均是由至少2層纖維復(fù)合材料層重疊制得。
[0014]優(yōu)化地，所述的質(zhì)量片采用大密度金屬材料制得。
[0015]優(yōu)化地，所述質(zhì)量片為圓形，所述質(zhì)量片的厚度小于板體的厚度。
[0016]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.本發(fā)明可在1000Hz以下甚至200Hz以內(nèi)形成較寬聲學(xué)禁帶，隔離低頻振動和噪聲；
2.本發(fā)明可針對工程需要，設(shè)計聲學(xué)禁帶的中心頻帶位置及禁帶寬度；
3.本發(fā)明利用纖維復(fù)合材料層間及纖維復(fù)合材料層與粘彈性薄膜間的層間阻尼形成了多層強阻尼效果，可有效減小振動與噪聲；
4.本復(fù)合阻尼板總厚度可小于5mm，較為輕薄，平面尺寸可靈活設(shè)計，敷設(shè)方式與傳統(tǒng)產(chǎn)品相近，在汽車、列車、飛機、艦船等設(shè)備中易于布置；
5.本發(fā)明設(shè)計簡單，所使用基礎(chǔ)材料皆為常規(guī)材料，易于批量化加工、生產(chǎn)。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明低頻減振超材料復(fù)合阻尼板的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明低頻減振超材料復(fù)合阻尼板上一個晶胞(又稱質(zhì)量片單元)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明低頻減振超材料復(fù)合阻尼板上一個晶胞(又稱質(zhì)量片單元)的半剖立體圖。
[0021]圖4為本發(fā)明低頻減振超材料復(fù)合阻尼板上一個晶胞(又稱質(zhì)量片單元)的半剖剖面圖。
[0022]圖中，丨一質(zhì)量片，2一第一下復(fù)合層，3 一第二下復(fù)合層，4 一中間層，5 一第一上復(fù)合層，6—第二上復(fù)合層。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，包括板體，所述板體是由第一上復(fù)合層5、中間層4和第一下復(fù)合層2構(gòu)成，所述第一上復(fù)合層5和第一下復(fù)合層2均為纖維復(fù)合材料層，所述中間層4為粘彈性薄膜阻尼層，所述第一上復(fù)合層5與中間層4之間以及第一下復(fù)合層2與中間層4之間均通過粘流態(tài)阻尼膠料粘接;在所述板體上開設(shè)有孔陣列，在每一個孔中分別安裝有一個質(zhì)量片I，所述的質(zhì)量片I嵌入在所述粘彈性薄膜阻尼層上。
[0026]本發(fā)明中，所述粘彈性薄膜阻尼層由丁腈橡膠、硅橡膠或復(fù)合橡膠材料制成。所述纖維復(fù)合材料層的厚度為0.1?2mm。所述粘彈性薄膜阻尼層的厚度為0.1?2mm。所述第一上復(fù)合層5和第一下復(fù)合層2均是由至少2層纖維復(fù)合材料層重疊制得。所述的質(zhì)量片I采用大密度金屬材料制得。所述質(zhì)量片I為圓形，所述質(zhì)量片I的厚度小于板體的厚度。當然，根據(jù)需要，質(zhì)量片I也可以制成方形或其他形狀，具體的形狀可根據(jù)需求設(shè)定。
[0027]實施例，如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的質(zhì)量片單元(又稱晶胞)，其晶胞整體為方形結(jié)構(gòu)，每個晶胞的邊長40mm;晶胞中材料分布如圖3所示；中間層選用丁腈橡膠復(fù)合材料制成粘彈性薄膜，彈性薄膜的厚度為1mm，在第一上復(fù)合層5上鋪設(shè)有第二上復(fù)合層6，在第一下復(fù)合層2下方鋪設(shè)有第二下復(fù)合層3，所述的第一上復(fù)合層5、第二上復(fù)合層6、第一下復(fù)合層2和第二下復(fù)合層3均為纖維復(fù)合材料層，厚度均為Imm;在中間層4上開有圓孔，圓孔直徑為30mm;圓孔中有圓形鐵片至于粘彈性薄膜上，圓形鐵片的直徑為24.5mm，厚度為1mm。將上述晶胞按照所需的排列組成如圖1所示的超材料復(fù)合阻尼板，則在該阻尼板上，在100?150Hz內(nèi)振動傳遞函數(shù)低于30dB，它能夠有效隔絕該頻段內(nèi)的振動與噪聲，形成聲學(xué)禁帶效果O
[0028]在實際應(yīng)用中，可根據(jù)工程需求，對本發(fā)明中晶胞的幾何尺寸、晶胞排列個數(shù)、禁帶頻率及帶寬、振動衰減力度等進行設(shè)計，以達到按需生產(chǎn)的目的。
[0029]需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管
【申請人】參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，那些對本發(fā)明技術(shù)方案進行的修改或者等同替換，不能脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，包括板體，所述板體是由第一上復(fù)合層(5)、中間層(4)和第一下復(fù)合層(2)構(gòu)成，所述第一上復(fù)合層(5)和第一下復(fù)合層(2)均為纖維復(fù)合材料層，所述中間層(4)為粘彈性薄膜阻尼層，所述第一上復(fù)合層(5)與中間層(4)之間以及第一下復(fù)合層(2)與中間層(4)之間均通過粘流態(tài)阻尼膠料粘接;在所述板體上開設(shè)有孔陣列，在每一個孔中分別安裝有一個質(zhì)量片(1)，所述的質(zhì)量片(I)嵌入在所述粘彈性薄膜阻尼層上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，所述粘彈性薄膜阻尼層由丁腈橡膠、硅橡膠或復(fù)合橡膠材料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料層的厚度為0.1?2mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，所述粘彈性薄膜阻尼層的厚度為0.1?2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，所述第一上復(fù)合層(5)和第一下復(fù)合層(2)均是由至少2層纖維復(fù)合材料層重疊制得。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，所述的質(zhì)量片(I)采用大密度金屬材料制得。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低頻減振超材料復(fù)合阻尼板，其特征在于，所述質(zhì)量片(I)為圓形，所述質(zhì)量片(I)的厚度小于板體的厚度。
【文檔編號】B32B5/26GK105882022SQ201610222565
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】丁渭平, 楊明亮, 吳昱東, 朱洪林
【申請人】西南交通大學(xué)