一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构制造技术

本发明专利技术涉及超材料隔声领域，公开了一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其包括上下两层框架、两层框架中间的弹性薄膜、薄膜上附加的质量块以及覆盖在框架外侧的均质薄板。所述框架是由若干个规则排列的六边形蜂窝单元组成，上下两层框架的每个蜂窝单元位置一一对应。所述质量块贴合在每个蜂窝单元的弹性薄膜上，质量块可以是全部相同或者不同种按一定规律进行组合排布，其形状包括圆环形、圆柱形和圆台形。本发明专利技术的蜂窝型声学超材料，优于传统隔声材料，其在低频段具有非常优异的隔声性能，选择轻质的框架材料，可以有效控制结构的整体质量，达到轻质化低频隔声的目的，在汽车、建筑等领域拥有非常广阔的应用前景。

A lightweight honeycomb type low frequency sound insulation super material structure

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构
本专利技术涉及声学超材料的隔声领域，具体是一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构。
技术介绍
生活中很多地方都存在严重的噪声问题，不论是在汽车、地铁、航空等交通领域，以及建筑装饰等生活领域，噪声给我们带来的困扰愈来愈严重。高速公路和地铁轨道两旁的隔声墙，KTV包厢的隔音材料，以及汽车前围、地毯隔音垫等等，虽然可以一定程度上衰减噪声的传递，但是对于低频段的噪声却无法有效隔离。解决低频噪声的问题一直是一项非常艰巨的挑战，低频噪声的波长长、穿透能力强，传统材料往往是通过增加自身的厚度和质量达到隔声效果，但收益甚微。声学超材料的出现为解决低频问题提供了新的思路。声学超材料的概念是类比电磁超材料提出来的，声学超材料是一种亚波长尺寸的人工周期结构或材料，通过结构的特殊设计，在一定条件下具有负的等效质量密度和负的弹性模量，特殊的物理属性使其具有良好的声学性能。基于局域共振的原理，声学超材料可以达到小尺寸控制大波长的效果，打破传统均质材料遵循质量定律的限制，实现轻质化降噪。近些年，国内外对于声学超材料的研究取得了不错的进展，各种不同类型的超材料以及不同的单元结构的提出，对于解决各种噪声问题提供了很多开放的思路。根据结构分类，声学超材料包括薄板型、薄膜型和亥姆霍兹共振腔型，其中薄膜型声学超材料由于结构简单、制作方便、成本低廉，具有很好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，可以有效解决低频段的噪声问题，并同时满足轻量化的要求，而且能够通过调整自身结构参数，改变隔声频率范围和隔声峰值大小，而且满足轻质化低频隔声的要求。本专利技术通过调整框架、薄膜或质量块的材料参数或尺寸参数，改变其隔声的频率范围和隔声峰值的大小。本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，包括均质薄板和蜂窝超材料层；所述蜂窝超材料层的上下表面覆盖有均质薄板；所述蜂窝超材料层包括上框架，下框架、两层框架中间的弹性薄膜，弹性薄膜上附加的质量块；所述上框架和下框架是由若干个规则排列的六边形蜂窝单元组成，上框架中的每个蜂窝单元与下框架中的每个蜂窝单元位置一一对应，所述质量块贴合在每个蜂窝单元的弹性薄膜上，所述均质薄板覆盖在框架外侧，将蜂窝超材料层包裹在中间；所述均质薄板为超材料上均质薄板层和超材料下均质薄板层。进一步地，所述质量块底面半径为3mm-10mm；所述质量块的质量为0.1g～2.5g。进一步地，所述上框架和下框架选自ABS树脂、EVA或者PVC材料；所述的框架结构每层的厚度为1-3mm；所述上框架有上框架凸起结构，下框架有一个下框架凹槽结构，保证两层框架的装配以及单元与单元之间的有效隔离。进一步地，所述的弹性薄膜选自弹性硅橡胶薄膜、聚乙烯薄膜或者聚酰亚胺薄膜；所述的弹性薄膜的厚度为0.1～1mm。进一步地，所述的质量块为全部相同或者不同种按一定规律进行组合排布，其形状包括圆环形、圆柱形和圆台形；所述的质量块选自ABS树脂、EVA、铝片或者铁片；所述的质量块高度1-3mm；所述的的质量块用胶水粘贴于每个六边形蜂窝单元的中心位置。进一步地，所述的均质薄板选自EVA、成型毡或玻纤板；所述的均质薄板厚度不超过2mm。进一步地，所述质量块的包括大质量块、小质量块和圆环形质量块；通过不同质量块的不同布置以拓宽隔声频带宽度；所述大质量块为底面积较大的圆形或圆柱质量块；所述小质量块为底面积较小的圆形或圆柱质量块。进一步地，采用每一列均为相同形状的质量块，相邻列之间为不同形状的质量块的排列方式，即采用每一列为大质量块、小质量块和圆环形质量块交替排列的方式。进一步地，将整块超材料层划分为若干等份区域，每个区域中为相同形状的质量块，相邻区域内为不同形状的质量块的排布方式；所述区域由7-10个最小蜂窝超材料单元单元组成。进一步地，每个区域中为相同形状的附加质量块，相邻区域内为不同形状的质量块的排布方式，且每个区域中间存在一个缺陷单元；所述区域由7-10个最小蜂窝超材料单元单元组成。进一步地，所述的质量块用胶水粘贴于弹性薄膜上，应当处于每个六边形蜂窝单元的中心位置。进一步地，所述的均质薄板可以选择EVA、成型毡或玻纤板。薄板厚度不超过2mm。框架由规则排列的六边形单元构成，上下两个六边形单元、中间夹住的弹性薄膜和附着的质量块构成一个蜂窝超材料隔声单元。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构采用六边形的蜂窝结构组成基本单元，这种结构具有优秀的几何力学性能，结构强度高。2、本专利技术一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构选用ABS树脂等轻质材料，能够有效降低结构的整体质量，达到轻质化低频隔声的效果。3、本专利技术一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构能够在低频段100～1000Hz产生明显的隔声峰值，明显优于传统隔声材料在低频段的表现，并且可以通过调节结构参数及质量块的布置，保证隔声量和隔声带宽满足设计要求。附图说明图1是本专利技术实施例的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构示意图；图2是本专利技术实施例的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构爆炸图；图3是图2中所示的蜂窝超材料层的结构示意图；图4是图3所示蜂窝超材料层的六边形蜂窝单元结构示意图；图5是图3所示蜂窝超材料层上下框架装配面局部放大图；图6是中间蜂窝超材料层的一种布置示意图；图7是中间蜂窝超材料层的一种布置示意图；图8是中间蜂窝超材料层的一种布置示意图；图9是本专利技术实施例的超材料不同底面积质量块声传递损失曲线对比图；图10是本专利技术实施例的超材料不同质量的质量块声传递损失曲线对比图；图11是本专利技术实施例的超材料和均质等重EVA声传递损失曲线对比图。附图标注说明：1-超材料上均质薄板层，2-超材料下均质薄板层，3-蜂窝超材料层，30-蜂窝超材料单元，31-上框架，32-下框架，33-弹性薄膜，34-质量块，4-上框架的凸起结构，5-下框架的凹槽结构，6-大质量块，7-小质量块，8-圆环形质量块。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步详细说明。图1示出了一个本专利技术实施例的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构示意图，图2示出了一个本实施例的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构的爆炸图，其包括上下两层覆盖在超材料上均质薄板层1和超材料下均质薄板层2，以及被包裹在中间的蜂窝超材料层3。图3示出了中间的蜂窝超材料层3的结构示意图，包括两层框架(上框架31和下框架32)、两层框架中间的弹性薄膜33以及薄膜一侧附加的质量块34，这种布置形式所有的质量块都是同一尺寸。所述框架是由若干个规则排列的六边形蜂窝单元组成，上下两层框架的每个蜂窝单元位置一一对应，所述质量块贴合在每个蜂窝单元的弹性薄膜上。上下两个蜂窝六本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其特征在于：包括均质薄板和蜂窝超材料层(3)；所述蜂窝超材料层(3)的上下表面覆盖有均质薄板；所述蜂窝超材料层(3)包括上框架(31)，下框架(32)、两层框架中间的弹性薄膜(33)，弹性薄膜上附加的质量块(34)；所述上框架(31)和下框架(32)是由若干个规则排列的六边形蜂窝单元组成，上框架(31)中的每个蜂窝单元与下框架(32)中的每个蜂窝单元位置一一对应，所述质量块(34)贴合在每个蜂窝单元的弹性薄膜上，所述均质薄板覆盖在框架外侧，将蜂窝超材料层包裹在中间；所述均质薄板为超材料上均质薄板层(1)和超材料下均质薄板层(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其特征在于：包括均质薄板和蜂窝超材料层(3)；所述蜂窝超材料层(3)的上下表面覆盖有均质薄板；所述蜂窝超材料层(3)包括上框架(31)，下框架(32)、两层框架中间的弹性薄膜(33)，弹性薄膜上附加的质量块(34)；所述上框架(31)和下框架(32)是由若干个规则排列的六边形蜂窝单元组成，上框架(31)中的每个蜂窝单元与下框架(32)中的每个蜂窝单元位置一一对应，所述质量块(34)贴合在每个蜂窝单元的弹性薄膜上，所述均质薄板覆盖在框架外侧，将蜂窝超材料层包裹在中间；所述均质薄板为超材料上均质薄板层(1)和超材料下均质薄板层(2)。


2.根据权利要求1所述的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其特征在于：；所述质量块(34)底面半径为3mm-10mm；所述质量块(34)的质量为0.1g～2.5g。


3.根据权利要求1所述的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其特征在于：所述上框架(31)和下框架(32)选自ABS树脂、EVA或者PVC材料；所述的框架结构每层的厚度为1-3mm；所述上框架(31)有上框架凸起结构(4)，下框架(32)有一个下框架凹槽结构(5)，保证两层框架的装配以及单元与单元之间的有效隔离。


4.根据权利要求1所述的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其特征在于：所述的弹性薄膜选自弹性硅橡胶薄膜、聚乙烯薄膜或者聚酰亚胺薄膜；所述的弹性薄膜的厚度为0.1～1mm。


5.根据权利要求1所述的轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构，其特征在于：所述的质量块为全部相同或者不同种按一定规律进行组合排布，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖学楷，上官文斌，谢新星，
申请(专利权)人：华南理工大学，宁波拓普集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44