蜂窝振膜式轻质超材料结构制造技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝振膜式轻质超材料结构，其包括：蜂窝单元结构，包括开口六角型蜂窝芯；隔声膜，覆盖在所述蜂窝单元结构的端面上。该蜂窝振膜式轻质超材料结构不仅在结构方面质量较小、强度高，坚固耐用，而且在噪声控制方面具有良好的隔音效果，同时具备坚固、轻质及良好隔声的特性。

Honeycomb diaphragm type lightweight metamaterial structure

The invention discloses a honeycomb vibrating membrane type lightweight metamaterial structure, which comprises a honeycomb unit structure, comprising an opening, a six angle honeycomb core, and a sound insulating film covering the end face of the honeycomb unit structure. The cellular membrane type light metamaterial structure not only in structure low weight, high strength, durable, and has good sound insulation effect in noise control, and characteristics of rugged, light and good sound insulation.

【技术实现步骤摘要】
蜂窝振膜式轻质超材料结构
本专利技术涉及声学材料
，特别涉及一种蜂窝振膜式轻质超材料结构。
技术介绍
蜂窝夹层结构作为一种特殊的复合材料结构，由于具有高比刚度、高比强度、性能可设计等优点，在航天、航空、高速交通运输工具和现代结构工程等许多领域均得到了广泛应用。飞机设计中机翼和机舱位置便使用一种蜂窝结构的轻型材料。这种材料组成了构成机舱大部分结构的地板和天花板。这个蜂窝夹层结构使得飞机更加牢固，而且这种轻质材料也能够令飞机更加省油。但是这种蜂窝结构在阻断低频噪音(来自飞机引擎的噪音)方面还有待加强。现有技术中通过在蜂窝结构中填充隔音材料来阻断噪音，但这又会大大增加飞机重量，增加飞机的能耗。由上可知，现有技术中采用的蜂窝材料的质量和隔声效果难以兼顾，特别是低频处的隔声效果差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在解决现有技术中，采用蜂窝结构的高强度材料的隔音效果差，特别是对低频隔音效果差的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术提供一种蜂窝振膜式轻质超材料结构，其包括：蜂窝单元结构，包括开口六角型蜂窝芯；隔声膜，覆盖在所述蜂窝单元结构的端面上。进一步的，所述蜂窝单元结构为一个均质的、横向各向同性材料结构。进一步的，所述隔声膜为一个各向同性材料。进一步的，所述开口六角型蜂窝芯是由金属、陶瓷、复合材料或芳纶纤维板制成。进一步的，所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的等效静态质量密度，根据所述隔声膜的密度、所述蜂窝单元结构的等效静态质量密度及所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的厚度确定。进一步的，所述蜂窝单元结构的等效静态质量密度，根据所述蜂窝单元结构的材料的质量密度确定。进一步的，所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的厚度为所述蜂窝单元结构与所述隔声膜的厚度之和。进一步的，所述隔声膜的厚度为0.1-0.5mm，杨氏模量为5-9MPa，质量密度为500-1500kg/m3，泊松比为0.20-0.60；面密度为0.50-2.00kg/m2。进一步的，所述隔声膜分别覆盖在所述蜂窝单元结构的所述开口六角型蜂窝芯两端面上。进一步的，所述隔声膜加紧在所述蜂窝单元结构的边界。进一步的，所述隔声膜包括：堆栈多个不同的共振频率振膜。进一步的，所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构包括：多层蜂窝单元结构，所述蜂窝单元结构层之间的连接端面设置有所述隔声膜。进一步的，所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构包括：碳纤维层，设置于所述多层蜂窝单元结构外端面。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供一种蜂窝振膜式轻质超材料结构不仅在结构方面质量较小、强度高，坚固耐用，而且在噪声控制方面具有良好的隔音效果，同时具备坚固、轻质及良好隔声的特性。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种消声器检测系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1A、1B、1C是本专利技术实施例提供的一种蜂窝振膜式轻质超材料结构的结构示意图；图2是本专利技术实施例对一种蜂窝振膜式轻质超材料结构进行声学对比测试图；图3是本专利技术实施例对另一种蜂窝振膜式轻质超材料结构进行声学对比测试图；图4是本专利技术实施例提供的另一种蜂窝振膜式轻质超材料结构的结构示意图；图5是本专利技术实施例对另一种蜂窝振膜式轻质超材料结构进行声学对比测试图。附图标号说明：蜂窝振膜式轻质超材料结构100；蜂窝单元结构110；隔声膜120；碳纤维层410具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为了解决现有技术中的蜂窝结构的隔音效果差的技术问题，本专利技术的设计思想在于研究一种振膜式的隔声材料，与蜂窝结构材料结合，从而是蜂窝结构材料同时具备坚固及良好隔声的特性。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。如图1A、1B、1C所示，根据本专利技术的一个实施例，蜂窝振膜式轻质超材料结构的结构示意图，该蜂窝振膜式轻质超材料结构100，包括：蜂窝单元结构110，包括开口六角型蜂窝芯；隔声膜120，覆盖在所述蜂窝单元结构110的端面上。在本专利技术实施例中，所述蜂窝单元结构110为一个均质的、横向各向同性材料结构。其中，所述横向各向同性是指该材料垂直轴线的任何方向上弹性相同。在本专利技术实施例中，所述隔声膜120为一个各向同性材料。其中，所述各向同性指的是该材料在不同方向所测得的物理、化学性能数值完全相同，亦称均质性。首先，利用该蜂窝振膜式轻质超材料结构，一方面，采用了蜂窝结构，使结构整体的强度大大增加，且由于是开口六角型蜂窝芯其结构整体质量也较小，隔声膜采用轻质材料制成的，而且只增加了蜂窝结构不到6％的重量，保证了整体材料的轻质特征；另一方面，在蜂窝结构层的端面上设置了隔声膜，使噪音在通过隔声膜时，一部分噪音被阻隔，同时引起隔声膜震动，产生声阻抗与一部分噪音声波抵消进一步降低了噪音的通过，达到良好的隔音效果，最终，使蜂窝振膜式轻质超材料结构同时具备坚固、轻质及良好隔声的特性。其次，采用该蜂窝振膜式轻质超材料结构，隔声膜覆盖在蜂窝结构的端面一侧，就好像一个鼓的外皮，当声波击中薄膜的时候，声音会反弹出去而不是穿透过去。这对于低频噪音非常有效，相比于没有薄膜覆盖的蜂窝板，有薄膜覆盖的蜂窝板都能阻挡100到1000倍的低于500Hz赫兹的低频声音。此外，该蜂窝振膜式轻质超材料结构的生产成本低廉，可以由任何材料生产，只要不影响蜂窝板结构的完整性即可，特别是应用在航空
，它可以使飞行经历更愉悦，尤其是对乘坐直升飞机的乘客。在本专利技术实施例中，所述开口六角型蜂窝芯是由金属、陶瓷、复合材料或芳纶纤维板制成。本专利技术并不局限于上述材料，只要不影响蜂窝振膜式轻质超材料结构的完整性即可，这样既保证了结构的强度，又保证了结构的轻质特性，且降低了制造成本，拓展了应用的范围。在本专利技术实施例中，所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的等效静态质量密度，根据所述隔声膜120的密度、所述蜂窝单元结构110的等效静态质量密度及所述蜂窝振膜式轻质超材料结构100的厚度确定。其中，所述蜂窝单元结构110的等效静态质量密度，根据所述蜂窝单元结构110的材料的质量密度确定。其中，所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的厚度为所述蜂窝单元结构与所述隔声膜的厚度之和。具体而言，对于该蜂窝振膜式轻质超材料结构的等效静态质量密度可表示为：此处，ρm是隔声膜的密度；是蜂窝单元结构的等效静态质量密度，ρ0是蜂窝单元结构材料的质量密度；h为蜂窝振膜式轻质超材料结构的厚度，h＝hm+hc，hm是隔声膜的厚度，hc是蜂窝单元结构的厚度。举例说明，蜂窝单元结构采用芳纶纤维板材料制成，质量密度ρ0＝1400kg/m3，壁厚t＝0.06mm，l＝3.7mm，hc＝20mm，θ＝30°；本专利技术实施例仅以此为例，并不局限于这些材料及尺寸。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，包括：蜂窝单元结构，包括开口六角型蜂窝芯；隔声膜，覆盖在所述蜂窝单元结构的端面上。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，包括：蜂窝单元结构，包括开口六角型蜂窝芯；隔声膜，覆盖在所述蜂窝单元结构的端面上。2.根据权利要求1所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，所述蜂窝单元结构为一个均质的、横向各向同性材料结构。3.根据权利要求1所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，所述隔声膜为一个各向同性材料。4.根据权利要求1所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，所述开口六角型蜂窝芯是由金属、陶瓷、复合材料或芳纶纤维板制成。5.根据权利要求1所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的等效静态质量密度，根据所述隔声膜的密度、所述蜂窝单元结构的等效静态质量密度及所述蜂窝振膜式轻质超材料结构的厚度确定。6.根据权利要求5所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，所述蜂窝单元结构的等效静态质量密度，根据所述蜂窝单元结构的材料的质量密度确定。7.根据权利要求5所述的蜂窝振膜式轻质超材料结构，其特征在于，所述蜂窝振膜式轻...

【专利技术属性】
技术研发人员：景云，罗伟，
申请(专利权)人：上海声望声学科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31