一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构制造技术

一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层、中间减震降噪芯板层及内面板层；中间减震降噪芯板层装夹在外面板层与内面板层之间，通过中间减震降噪芯板层抑制弹性波传播；中间减震降噪芯板层上设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞在中间减震降噪芯板层内呈矩阵式分布；二维声学黑洞晶胞为六边形，在二维声学黑洞晶胞的板体中部开设有六边形孔洞，六边形孔洞的中心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合且边线相平行；六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框均分为等厚度区域和变厚度区域，且变厚度区域位于边框中部；六边形孔洞的变厚度区域内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层。吸声材料层。吸声材料层。

【技术实现步骤摘要】
一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构


[0001]本专利技术属于减振降噪
，特别是涉及一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构。

技术介绍

[0002]目前，低振动与低噪声是现代装备发展的一个重要指标特征，如果振动和噪声过强，不但会严重影响装备的工作性能、可靠性及服役寿命，而且也会严重影响环境舒适性。
[0003]由于结构振动并产生噪声辐射，其本质原因可归结为结构的弹性波传播效应，以及结构的弹性波与周围介质的相互耦合作用，因此对结构的弹性波传播进行操控，是实现结构减震降噪的重要手段。
[0004]目前，传统的减震降噪技术仍存在一定的局限性，其中主要依靠阻尼材料对弹性波进行衰减，这种减震降噪手段已经难以满足不断提高的机械性能要求，其减振降噪效果并不理想，而且传统的减振降噪结构普遍存在厚重的缺陷。
[0005]为此，“声学黑洞”概念应运而生，声学黑洞是将天体物理学中的黑洞概念引入到振动和波动领域中形成的，在声学黑洞理论下，通过逐渐减小系统的几何参数或者材料特性参数，可以形成一种具有能量聚集效应的结构，在理想情况下，波的传播速度随介质的变化逐渐减小到零，因此不会发生波的反射。
[0006]虽然实现声学黑洞的方法有多种，且结构形态也繁多各异，其中最简单的结构便是将梁或者薄板的厚度按照一定的规律剪裁的结构，当入射弯曲波在结构的等厚度部分传播时，波长和波幅为定值，随着弯曲波从结构的等厚度区域进入到声学黑洞区域后，播速会因厚度的减小而逐渐减小，波长被压缩，波幅增大。
[0007]尽管在声学黑洞理论下可以按照最简单结构进行设计制造，但最简单结构仍只是理论层面的结构，其无法直接在实际工程中进行应用。因此，基于声学黑洞理论来设计能够满足实际工程应用的声学黑洞结构，以及为了满足不断提高的机械性能要求，研发一种能够有效抑制弹性波传播来提高减振降噪效果的减振降噪结构势在必行。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，与传统的基于阻尼材料的减振降噪结构相比，能够有效抑制弹性波传播，大幅度提升了减振降噪结构的减振降噪效果，同时还实现了减振降噪结构的减重，为装备的轻量化提供了结构基础。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层、中间减震降噪芯板层及内面板层；所述中间减震降噪芯板层装夹在外面板层与内面板层之间，通过中间减震降噪芯板层抑制弹性波传播。
[0010]所述中间减震降噪芯板层上设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞
在中间减震降噪芯板层内呈矩阵式分布。
[0011]所述二维声学黑洞晶胞为六边形，在二维声学黑洞晶胞的板体中部开设有六边形孔洞，六边形孔洞的中心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合且边线相平行。
[0012]所述六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框均分为等厚度区域和变厚度区域，且变厚度区域位于边框中部。
[0013]在所述六边形孔洞的变厚度区域内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层，用于提高减振降噪结构对弹性波的衰减作用。
[0014]所述阻尼材料层采用高聚物或聚合物，所述吸声材料层采用纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料或泡沫状吸声材料。
[0015]所述六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框上变厚度区域的边框壁厚按照公式h(x)＝εx
m
+h0进行设计，式中，h(x)为变厚度区域的边框壁厚，ε为平滑常数，x为变厚度区域内孔壁表面上任意点与等厚度区域内孔壁表面的垂直距离，m为指数常数，h0为变厚度区域正中间的边框壁厚；其中，m的取值范围为≥2。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术的六边形周期声学黑洞减振降噪结构，与传统的基于阻尼材料的减振降噪结构相比，能够有效抑制弹性波传播，大幅度提升了减振降噪结构的减振降噪效果，同时还实现了减振降噪结构的减重，为装备的轻量化提供了结构基础。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构的示意图(视角一)；
[0019]图2为本专利技术的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构的示意图(视角二)；
[0020]图3为本专利技术的二维声学黑洞晶胞的结构示意图(视角一)；
[0021]图4为本专利技术的二维声学黑洞晶胞的结构示意图(视角二)；
[0022]图5为本专利技术的二维声学黑洞晶胞的噪声抑制频谱图；
[0023]图中，1—外面板层，2—中间减震降噪芯板层，3—内面板层，4—二维声学黑洞晶胞，5—六边形孔洞，6—等厚度区域，7—变厚度区域。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0025]如图1～4所示，一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层1、中间减震降噪芯板层2及内面板层3；所述中间减震降噪芯板层2装夹在外面板层1与内面板层3之间，通过中间减震降噪芯板层2抑制弹性波传播。
[0026]所述中间减震降噪芯板层2上设有若干二维声学黑洞晶胞4，若干二维声学黑洞晶胞4在中间减震降噪芯板层2内呈矩阵式分布。
[0027]所述二维声学黑洞晶胞4为六边形，在二维声学黑洞晶胞4的板体中部开设有六边形孔洞5，六边形孔洞5的中心与二维声学黑洞晶胞4的中心相重合且边线相平行。
[0028]所述六边形孔洞5与六边形的二维声学黑洞晶胞4形成的六条边框均分为等厚度区域6和变厚度区域7，且变厚度区域7位于边框中部。
[0029]在所述六边形孔洞5的变厚度区域7内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层，
用于提高减振降噪结构对弹性波的衰减作用。
[0030]所述阻尼材料层采用高聚物或聚合物等，所述吸声材料层采用纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料或泡沫状吸声材料等。
[0031]所述六边形孔洞5与六边形的二维声学黑洞晶胞4形成的六条边框上变厚度区域7的边框壁厚按照公式h(x)＝εx
m
+h0进行设计，式中，h(x)为变厚度区域7的边框壁厚，ε为平滑常数，x为变厚度区域7内孔壁表面上任意点与等厚度区域6内孔壁表面的垂直距离，m为指数常数，h0为变厚度区域7正中间的边框壁厚；其中，m的取值范围为≥2。
[0032]当本专利技术的六边形周期声学黑洞减振降噪结构应用于船舶和车辆系统后，当动力机械产生振动噪声后，其弹性波传递到中间减震降噪芯板层2的二维声学黑洞晶胞4时，由于六边形孔洞5与六边形的二维声学黑洞晶胞4形成的六条边框具有变厚度区域7，并且变厚度区域7的边框壁厚由两侧到中间呈逐渐减小的趋势，不但可以形成弹性波的聚集效应，又可以获得弹性波的宽频带隙，在带隙频率范围内，弹性波将会受到抑制而无法传播，进而对弹性波起到较大的衰减作用，最终通过二维声学黑洞晶胞4就可以对弹性波的能量进行充分有效的吸收，大幅度提升了减振降噪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，其特征在于：整体采用复层板式结构，包括外面板层、中间减震降噪芯板层及内面板层；所述中间减震降噪芯板层装夹在外面板层与内面板层之间，通过中间减震降噪芯板层抑制弹性波传播。2.根据权利要求1所述的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，其特征在于：所述中间减震降噪芯板层上设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞在中间减震降噪芯板层内呈矩阵式分布。3.根据权利要求2所述的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，其特征在于：所述二维声学黑洞晶胞为六边形，在二维声学黑洞晶胞的板体中部开设有六边形孔洞，六边形孔洞的中心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合且边线相平行。4.根据权利要求3所述的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，其特征在于：所述六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框均分为等厚度区域和变厚度区域，且变厚度区域位于边框中部...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天智，杨天，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：