一种薄层超材料吸声结构制造技术

一种薄层超材料吸声结构，其特征在于薄层超材料吸声结构由多个吸声结构单元平行周期排列组成，各单元之间通过通过胶水粘接或焊接在一起；吸声结构单元由矩形盒子、L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、盖板组成；L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质位于矩形盒子内，盖板粘接在矩形盒子上；矩形盒子、L型板、盖板材料相同；4种介质材料相同，均为矩形；L型板由第一侧面和第二侧面垂直相接成L型，L型板的第二侧面垂直立于矩形盒子的下底面上，第一侧面与矩形盒子的下底面平行。与相同长宽和厚度的聚氨酯泡沫或者纤维相比，本发明专利技术能够对中低频噪声更高效地吸收，平均吸声系数更大。

A Thin Metamaterial Sound Absorbing Structure

A thin-layer supermaterial sound absorption structure is characterized in that the thin-layer supermaterial sound absorption structure is composed of several sound absorption structure units arranged in parallel and periodically, and each unit is bonded or welded together by glue; the sound absorption structure unit is composed of rectangular box, L-shaped plate, first medium, second medium, third medium, fourth medium, cover plate; and the L-shaped plate, first medium and second medium. The quality, the third and the fourth media are located in the rectangular box, and the cover plate is bonded to the rectangular box; the rectangular box, the L-shaped plate and the cover plate have the same material; the four media materials are all rectangular; the L-shaped plate is vertically connected from the first side and the second side to form the L-shaped plate, the second side of the L-shaped plate is vertical on the bottom of the rectangular box, and the first side is parallel to the bottom of the rectangular box. Compared with polyurethane foam or fibers of the same length, width and thickness, the invention can absorb more efficiently in medium and low frequency noise, and the average sound absorption coefficient is larger.

【技术实现步骤摘要】
一种薄层超材料吸声结构
本专利技术涉及振动与噪声控制领域，尤其涉及一种薄层超材料吸声结构。
技术介绍
随着航空航天、舰艇船舶、铁路运输、车辆工程等领域的装备向高速化、大型化以及重载化等运行环境发展，引起的噪声问题日益突出。这些装备舱室低噪声品质是现代装备发展的一个重要目标，其对装备的整体品质、乘员的舒适性和健康至关重要。在舱室内部敷设吸声材料，是解决舱室高噪声的重要技术途径之一。目前，传统多孔材料主要包括各种泡沫和纤维，其特点是材料内部有大量的、互相贯通的、向外敞开的微孔，即材料具有一定的透气性。多孔材料在高频区吸声系数较大，如果要增加低频吸声性能，则需要增加厚度，厚度每增加1倍，最大吸收频率约向低频移动一个倍频程。材料高度应大于工作波长的1/4最佳，这导致对于低频噪声而言需要较大高度，不利于实际空间利用。例如现在高铁、舰船、飞机等运输工具舱室噪声主要是3000Hz以下的低频宽带噪声，所需要的吸声材料要尽可能小于30mm。而现在高铁、舰船、飞机等运输工具铺设在舱室中的吸声材料厚度通常在50mm以上，如果能够铺设更小厚度的吸声材料对舱室内的噪声实现更高效的吸收，将会增加舱室内空间的利用率，给乘员提供一个宽敞舒适的环境。因此设计一种能够满足低频降噪要求的薄层超材料吸声结构是本领域技术人员极为关注的问题之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种薄层超材料吸声结构，其不仅能够对低频宽带噪声进行吸收，而且结构整体厚度小，能够满足小厚度结构对低频噪声吸收的要求。本专利技术所述的薄层超材料吸声结构由m×n个吸声结构单元平行周期排列组成，各单元之间可通过胶水粘接，也可焊接。m大于等于1，n大于等于1。吸声结构单元由矩形盒子、L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、盖板组成。L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质均位于矩形盒子内，盖板粘接在矩形盒子的第一侧面上。矩形盒子、L型板、盖板材料相同；第一介质、第二介质、第三介质、第四介质材料相同。矩形盒子材料可选用合金钢、铸铁、铝、碳钢等金属，所选材料满足：弹性模量E范围70GPa≤E≤220GPa，泊松比η范围0.2≤η≤0.4，密度ρ满足2500kg/m3≤ρ≤8500kg/m3。矩形盒子长为a1、宽为d1、高为h1，壁厚为δ，且a1、d1、h1、δ分别满足10mm≤a1≤100mm、10mm≤d1≤100mm、20mm≤h1≤30mm、0.5mm≤δ≤2mm。矩形盒子的第二到第四侧面封闭，第一侧面完全开口。矩形盒子的上底面开口，开口长度为a3，开口宽度为d3，a3满足d3满足d3＝d1-δ。由第一型面和第二型面垂直相接成L型，第一型面和第二型面厚度为d2，也可由一块厚度为d2的平板弯曲成L型，d2满足0.5≤d2≤2mm。L型板的第一型面长度为a2，第二型面长度为h2，a2满足d2＜a2＜a1-2δ-a3，h2满足d2＜h2＜h1-2δ。L型板的第一型面和第二型面的宽度均与矩形盒子的上底面的开口宽度相等，同为d3。L型板的第二型面垂直立于矩形盒子的下底面上，L型板的第一型面与矩形盒子的下底面平行，与矩形盒子的下底面相距h2-d2，且L型板的第一型面到矩形盒子的上底面的内壁面的距离为h4，h4满足h4＝h1-h2-2δ。L型板的第二型面到矩形盒子第二侧面的内壁面的距离为a3，等于矩形盒子的上底面111上开口的长度。第一介质材料可以选取聚氨酯泡沫、玻璃棉、纤维等，所选材料物理参数满足：流阻率σ范围2000N·s/m4≤σ≤25000N·s/m4，孔隙率范围曲折率τ范围1.02≤τ≤1.45，粘性特征长度Λ范围50um≤Λ≤300um，热特征长度Ψ范围80um≤Ψ≤700um。第一介质的形状为矩形，第一介质的长和宽分别与矩形盒子的上底面上开口的长和宽相等，第一介质的长度等于a3，第一介质的宽度等于d3。第一介质的高度为h3，h3满足h3＝h1-δ。第一介质从矩形盒子的上底面的开口，顺着矩形盒子的第二侧面的内壁面放入到矩形盒子的内部。第二介质的形状为矩形。第二介质的长度与L型板的第一型面的长度相等，等于a2。第二介质的宽度与第一介质的宽度相等，等于d3。第二介质的高度等于h4。第二介质从矩形盒子的第一侧面，顺着矩形盒子上底面的内壁面和L型板2的第一型面放入矩形盒子内。第三介质的形状为矩形。第三介质的长度为a4，a4满足a4＝a1-a2-a3-2δ。第三介质的宽度与第一介质、第二介质的宽度都相等，等于d3。第三介质高度为h5，h5满足h5＝h1-2δ。第三介质从矩形盒子第一侧面，顺着矩形盒子的上底面的内壁面放入到矩形盒子中。第四介质的形状为矩形。第三介质的长度为a5，a5满足a5＝a2-d2。第四介质的宽度与第一介质、第二介质、第三介质的宽度都相等，等于d3。第三介质高度为h6，h6满足h6＝h2-d2。第四介质从矩形盒子第一侧面，顺着L型板的第一型面的内壁面放入到矩形盒子中。盖板的形状为矩形。盖板的长和高与矩形盒子的长和高分别相等，盖板长为a1、高为h1。盖板宽为b4，b4满足0.5mm≤b4≤2mm。盖板通过胶水粘接或焊接方式紧贴于矩形盒子的第一侧面。与现有技术相比，本专利技术能够达到如下技术效果：与相同长宽和厚度的聚氨酯泡沫或者纤维相比，本专利技术所述的薄层超材料吸声结构能够对中低频噪声更高效地吸收，平均吸声系数更大。而等长和宽的聚氨酯泡沫或者纤维若要达到与本专利技术相同平均吸声系数，则需要比本专利技术所述的薄层超材料吸声结构更大的厚度。附图说明以下结合附图来具体说明本专利技术，其中：图1为本专利技术所述的薄层超材料吸声结构示意图；图2为本专利技术所述的吸声结构单元1示意图，其中图2(a)为贴上盖板17后的吸声结构单元1示意图，图2(b)为去掉盖板17后吸声结构单元1内部结构示意图；图3为本专利技术矩形盒子11结构示意图；图4为本专利技术L型板12结构示意图；图5为本专利技术实施例1、20mm厚的矩形聚氨酯泡沫、34.6mm厚的矩形聚氨酯泡沫在0～3000Hz频率段平均吸声系数柱状比较图。20mm厚和34.6mm厚的矩形聚氨酯泡沫长和宽均与本专利技术实施例1的长和宽相等。图6为本专利技术实施例2、23mm厚的矩形纤维、41.2mm厚的矩形纤维在0～3000Hz频率段平均吸声系数柱状比较图。23mm厚和41.2mm厚的矩形纤维长和宽均与本专利技术实施例2的长和宽相等。图7为本专利技术实施例3、实施例4、实施例5在0～3000Hz频率段平均吸声系数柱状比较图。图8为25mm、27mm、30mm厚的纤维在0～3000Hz频率段平均吸声系数柱状比较图。25mm、27mm和30mm厚的矩形纤维长宽高分别与本专利技术实施例3、实施例4、实施例5的长宽高相等。具体实施方式为使本专利技术更为清晰，下面结合附图对本专利技术实施方式做进一步说明。图1为本专利技术所述的薄层超材料吸声结构示意图。本专利技术所述的薄层超材料吸声结构由m×n个吸声结构单元1平行周期排列组成，各单元之间可通过胶水粘接，也可焊接。m大于等于1，n大于等于1。吸声结构单元1由矩形盒子11、L型板12、第一介质13、第二介质14、第三介质15、第四介质16、盖板17组成。L型板12、第一介质13、第二介质14、第三介质15、第四介质16均位于矩形盒子11内，盖板17粘接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄层超材料吸声结构，其特征在于薄层超材料吸声结构由m×n个吸声结构单元(1)平行周期排列；m大于等于1，n大于等于1；吸声结构单元(1)由矩形盒子(11)、L型板(12)、第一介质(13)、第二介质(14)、第三介质(15)、第四介质(16)、盖板(17)组成；L型板(12)、第一介质(13)、第二介质(14)、第三介质(15)、第四介质(16)均位于矩形盒子(11)内，盖板(17)粘接在矩形盒子(11)的第一侧面(112)上；矩形盒子(11)、L型板(12)、盖板(17)材料相同；第一介质(13)、第二介质(14)、第三介质(15)、第四介质(16)材料相同；矩形盒子(11)材料满足：弹性模量E范围70GPa≤E≤220GPa，泊松比η范围0.2≤η≤0.4，密度ρ满足2500kg/m

【技术特征摘要】
1.一种薄层超材料吸声结构，其特征在于薄层超材料吸声结构由m×n个吸声结构单元(1)平行周期排列；m大于等于1，n大于等于1；吸声结构单元(1)由矩形盒子(11)、L型板(12)、第一介质(13)、第二介质(14)、第三介质(15)、第四介质(16)、盖板(17)组成；L型板(12)、第一介质(13)、第二介质(14)、第三介质(15)、第四介质(16)均位于矩形盒子(11)内，盖板(17)粘接在矩形盒子(11)的第一侧面(112)上；矩形盒子(11)、L型板(12)、盖板(17)材料相同；第一介质(13)、第二介质(14)、第三介质(15)、第四介质(16)材料相同；矩形盒子(11)材料满足：弹性模量E范围70GPa≤E≤220GPa，泊松比η范围0.2≤η≤0.4，密度ρ满足2500kg/m3≤ρ≤8500kg/m3；矩形盒子(11)长为a1、宽为d1、高为h1，壁厚为δ，a1、d1、h1分别满足10mm≤a1≤100mm、10mm≤d1≤100mm、20mm≤h1≤30mm；矩形盒子1的第二到第四侧面封闭，第一侧面(112)完全开口；矩形盒子(11)的上底面(111)开口，开口长度为a3，开口宽度为d3，d3＝d1-δ；L型板(12)由第一型面(121)和第二型面(122)垂直相接成L型，第一型面(121)和第二型面(122)厚度为d2；L型板(12)的第一型面(121)长度为a2，第二型面(122)长度为h2，a2满足d2＜a2＜a1-2δ-a3，h2满足d2＜h2＜h1-2δ；L型板(12)的第一型面(121)和第二型面(122)的宽度均等于d3，L型板(12)的第二型面(122)垂直立于矩形盒子(11)的下底面上，L型板(12)的第一型面(121)与矩形盒子(11)的下底面平行，与矩形盒子(11)的下底面相距h2-d2，且L型板(12)的第一型面(121)到矩形盒子(11)的上底面(111)的内壁面的距离为h4，h4满足h4＝h1-h2-2δ；L型板(12)的第二型面(122)到矩形盒子(11)第二侧面(113)的内壁面的距离为a3，等于矩形盒子(11)的上底面(111)上开口的长度；第一介质(13)材料物理参数范围满足：流阻率σ范围2000N·s/m4≤σ≤25000N·s/m4，孔隙率θ范围0.9≤θ≤0.98，曲折率τ范围1.02≤τ≤1.45，粘性特征长度Λ范围50um≤Λ≤300um，热特征长度Ψ范围80um≤Ψ≤700um；第一介质(13)的形状为矩形，第一介质(13)的长和宽分别与矩形盒子(11)的上底面(111)上开口的长和宽相等，第一介质(13)的长度等于a3，第一介质(13)的宽度等于d3；第一介质(13)的高度为h3，h3满足h3＝h1-δ；第一介质(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏刚，郁殿龙，王洋，杨海滨，温激鸿，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43