一种薄膜型声学超材料结构制造技术

本发明专利技术提供了一种薄膜型声学超材料结构，属于噪声控制领域。解决了薄膜型声学超材料隔音量较低，而且隔音频段较为狭窄，薄膜型声学超材料在低频范围消除噪声能力不佳的问题。它包括圆筒形薄膜和若干质量块，所述的圆筒形薄膜的两端采用同材质薄膜封闭，若干个质量块粘贴在圆筒形薄膜的外表面，若干质量块分成上下两组沿圆筒形薄膜的轴线方向布置，同一位置处的位于上部的质量块与位于下部的质量块正对布置，同一位置处的上部的质量块的上端面与下部的质量块的下端面之间的竖直距离为圆筒形薄膜的直径长度，且位于上部的若干质量块和位于下部的若干质量块均等间距布置。本发明专利技术隔音量高，隔音频段宽，薄膜型声学超材料在低频范围消除噪声能力好。围消除噪声能力好。围消除噪声能力好。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜型声学超材料结构


[0001]本专利技术属于噪声控制
，尤其是涉及一种薄膜型声学超材料结构。

技术介绍

[0002]薄膜型声学超材料是在固定的弹性薄膜上附加振子形成的，由于振子和薄膜的面密度具有较大的差异，在特定频率的声波激励下，振子与薄膜发生相对振动，出现隔声带隙。轻质、薄层、小尺寸是薄膜型声学超材料的独特优点，提高薄膜型声学超材料对低频声波的控制性能，发展基于超材料理论的声振控制技术，成为了实现声学超材料工程应用的基础。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种薄膜型声学超材料结构，以解决薄膜型声学超材料隔音量较低，而且隔音频段较为狭窄，薄膜型声学超材料在低频范围消除噪声能力不佳的问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]一种薄膜型声学超材料结构，包括圆筒形薄膜和若干质量块，所述的圆筒形薄膜的两端采用同材质薄膜封闭，若干个质量块粘贴在圆筒形薄膜的外表面，若干质量块分成上下两组沿圆筒形薄膜的轴线方向布置，同一位置处的位于上部的质量块与位于下部的质量块正对布置，同一位置处的上部的质量块的上端面与下部的质量块的下端面之间的竖直距离为圆筒形薄膜的直径长度，且位于上部的若干质量块和位于下部的若干质量块均等间距布置。
[0006]更进一步的，所述圆筒形薄膜的厚度为0.25mm、高度l为30mm、半径r为15mm。
[0007]更进一步的，所述质量块设置六个，所述质量块为长方体结构。
[0008]更进一步的，位于上部的若干质量块之间的距离和位于下部的若干质量块之间的距离均为5mm。
[0009]更进一步的，六个质量块的尺寸均相同，且长宽高分别为5mm、2mm和2mm。
[0010]更进一步的，沿圆筒形薄膜的轴线方向位于上部的若干质量块的高度逐渐减小，位于下部若干质量块的高度逐渐增大。
[0011]更进一步的，六个质量块的长宽均相同，分别为5mm和2mm，位于上部的三个质量块的高度分别为3mm、2mm、1mm，位于下部的三个质量块的高度分别为1mm、2mm和3mm。
[0012]更进一步的，所述质量块的材料为金属铝，密度为2700kg/m3，弹性模量为6.85
×
109Pa，泊松比为0.34。
[0013]更进一步的，所述圆筒形薄膜的材料为PET，密度为1200kg/m3，弹性模量为3
×
106Pa，泊松比为0.36。
[0014]更进一步的，使用厚度为0.25mm、直径为30mm的薄膜将圆柱形薄膜两端封闭。
[0015]与现有技术相比，本专利技术所述的一种薄膜型声学超材料结构的有益效果是：
[0016](1)本专利技术采用通过赋予质量块不同的高度(厚度)实现质量非对称结构，相比于改变密度的方法，使用改变高度(厚度)的方法制作的薄膜声学超材料拥有更加优良的吸声性能，且吸收系数更加稳定。
[0017](2)本专利技术通过设置附加质量快的结构参数，当声波传播至管道并进入超材料内部，会引起质量快的振动产生共振，此时能有效的将声波的能量消耗在共振频率附近。
[0018](3)本申请设计的薄膜型声学超材料，可以很好的用于消除管道中的噪声。
附图说明
[0019]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1是薄膜表面附加质量块示意图；
[0021]图2是对称薄膜型声学超材料结构图；
[0022]图3是图2所述的对称薄膜型声学超材料能带结构图；
[0023]图4是非对称薄膜型声学超材料结构图；
[0024]图5是图4所述的非对称薄膜型声学超材料能带结构图；
[0025]图6是非对称薄膜型声学超材料隔声曲线。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]如图1所示，给出了在薄膜上粘贴具有一定大小和重量的质量块。l
xi
,l
yi
,ρ
i
表示第i个质量块的长宽及面密度，(x
i
,y
i
)表示第i个质量块距离原点最近的点坐标。将附加质量块后质量块产生的惯性当作外界施加的激励力添加到薄膜的振动方程中，即可得到附加质量块薄膜结构的自由振动方程：
[0028][0029]假设附加质量块对粘贴质量块处的薄膜形变不产生影响，即忽略质量块发生形变时弯曲刚度对薄膜横向振动的影响。h(x,y,x0,y0,l
x
,l
y
)表示四个Heaviside函数，根据各阶模态的正交性，使用模态叠加理论对式(1)进行求解，可以写出附加质量块后膜结构横向振动位移方程：
[0030][0031]其中，W
nm
(x,y)为膜结构各阶模态函数；q
nm
为对应模态函数的广义坐标。
[0032]在声波激励下有：
[0033][0034]将式(1)对方程两边均乘以膜结构各阶模态函数W
nm
(x,y)，在整个结构表面进行积分，可以得到
[0035][0036]式中，r＝1,2,...,N
x
，s＝1,2,...,N
y
；
[0037][0038][0039][0040]将式(4)写成矩阵形式，有：
[0041][0042]式中，
[0043][0044][0045][0046][0047]式(6)是薄膜附加质量块的结构特征方程，使用雅可比方法即可得到结构固有频
率和特征向量同理可以得到对应各阶固有频率的模态方程为：
[0048][0049]通过以上分析可知，通过设置附加质量块的结构参数，当声波传播至管道并进入超材料内部，会引起质量快的振动产生共振，此时能有效的将声波的能量消耗在共振频率附近，因此，在薄膜上粘贴具有一定大小和重量的质量块可以实现隔音的效果。
[0050]一种薄膜型声学超材料结构，包括圆筒形薄膜和若干质量块，所述的圆筒形薄膜的两端采用同材质薄膜封闭，若干个质量块粘贴在圆筒形薄膜的外表面，若干质量块分成上下两组沿圆筒形薄膜的轴线方向布置，同一位置处的位于上部的质量块与位于下部的质量块正对布置，同一位置处的上部的质量块的上端面与下部的质量块的下端面之间的竖直距离为圆筒形薄膜的直径长度，且位于上部的若干质量块和位于下部的若干质量块均等间距布置。
[0051]所述圆筒形薄膜的厚度为0.25mm、高度l为30mm、半径r为15mm，所述质量块设置六个，所述质量块为长方体结构，位于上部的若干质量块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜型声学超材料结构，其特征在于：包括圆筒形薄膜和若干质量块，所述的圆筒形薄膜的两端采用同材质薄膜封闭，若干个质量块粘贴在圆筒形薄膜的外表面，若干质量块分成上下两组沿圆筒形薄膜的轴线方向布置，同一位置处的位于上部的质量块与位于下部的质量块正对布置，同一位置处的上部的质量块的上端面与下部的质量块的下端面之间的竖直距离为圆筒形薄膜的直径长度，且位于上部的若干质量块和位于下部的若干质量块均等间距布置。2.根据权利要求1所述的一种薄膜型声学超材料结构，其特征在于：所述圆筒形薄膜的厚度为0.25mm、高度l为30mm、半径r为15mm。3.根据权利要求2所述的一种薄膜型声学超材料结构，其特征在于：所述质量块设置六个，所述质量块为长方体结构。4.根据权利要求3所述的一种薄膜型声学超材料结构，其特征在于：位于上部的若干质量块之间的距离和位于下部的若干质量块之间的距离均为5mm。5.根据权利要求4所述的一种薄膜型声学超材料结构，其特征在于：六个质量块的尺寸均相同，且长宽高分别为5mm、2mm和2m...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丰民，杨彬，
申请(专利权)人：开化县钱江源高端装备研究院，
类型：发明
国别省市：