二维串联结构隔音声带隙材料制造技术

二维串联结构隔音声带隙材料属于声学领域，涉及了凝聚态物理、力学、机械和材料学等领域。这种结构它分别是由相互平行的管（实心、空心金属或非金属材料）在空气中按正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列串联组成。其特征在于：正方晶格Γ－Ｘ方向至少为３层、三角晶格和蜂窝晶格Γ－Ｍ方向至少为４层，而且这三种晶格排列顺序无关，并且正方晶格的Γ－Ｘ方向、三角晶格和蜂窝晶格的Γ－Ｍ方向平行于同一直线上，声波在这种串联结构中沿着Γ－Ｘ和Γ－Ｍ方向传播。本发明专利技术提出的二维串联结构隔音声带隙材在人耳最为灵敏的１～３ｋＨｚ频率范围能很好抑制环境噪音，可用于声屏障。在高速公路、铁路、城市交通以及室内降噪有着广泛的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术二维串联结构隔音声带隙材料属于声学领域，涉及了凝聚态物理、力学、机械和材料学等领域。
技术介绍
所周知，噪音污染对人的身体健康有着重要的影B向，它主要来自工厂、航空、铁路 运输、高速公路、城市交通的室外噪音和来自风扇、计算机、空调等的室内噪音。传统抑制噪 音采用致密、不透气的声屏障使声波衍射绕过，这样能够避免对人们的干扰，但是空气中的 风速和大气湍流也影响声屏障的性能。 近年来，许多学者对人工周期性结构声带隙材料(Acoustic band-gapmaterials) 的研究产生了浓厚的兴趣，这种材料也叫声子晶体(phononiccrystals)，它在减振、降噪和 声波器件等领域具有重要的应用价值。声子晶体在一定频率范围内能够抑制声波的传播， 从而形成声带隙。利用声子晶体的带隙性质，设计由不锈钢管周期排列在空气中组成的复 合结构作为声屏障。这种新型的隔声材料具有透光、透气、轻质化等特征，也可以考虑它的 美学价值。 目前，国内外大多数文献报道二维声带隙材料的隔音的研究主要集中在正方晶 格、三角晶格和蜂窝晶格，但是它们获得频率范围很窄。 周期结构声带隙材料由散射体和基体复合组成，它们的能带结构主要由以下几方 面性质决定通过增加散射体和基体的质量密度比、波速比、剪切模量比、泊松比、弹性模量 比和填充率，来增加带隙的宽度；通过改变散射体截面的形状来增加带隙的带宽，散射体截 面形状主要有圆形、三角形、六边形和八边形等；晶格的拓扑结构也对带隙产生影响，蜂窝 晶格对称性的减弱，使其带能结构出现低频带隙，而三角晶格存在高频带隙。
技术实现思路
本专利技术提出了二维串联结构隔音声带隙材料，它分别是由相互平行的管(实心、空心金属或非金属材料)在空气中按正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列串联组成。这种串联复合结构在人可听频率范围具有更宽的带隙，能够很好抑制环境噪音。 为了实现上述目的，在布拉格散射原理基础上，声波在周期结构传播形成Bloch波，Bloch波的最大特征是存在能力和频率的一定频率范围，波在其中不能传播。本专利技术提出二维串联结构隔音声带隙材料利用蜂窝晶格第一布里渊区r-M方向(与水平夹角为0° )，三角晶格第一布里渊区r-M方向(与水平夹角为30。)，正方晶格第一布里渊区r-x(与水平夹角为o。)方向组成串联结构。管的截面形状可采用圆形、三角形、方形、六边形和八边形等金属或非金属材料。 本专利技术提出的二维串联结构隔音声带隙材料与正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列顺序无关，它分别由相互平行的管在空气中按正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列串联组成；且其中蜂窝晶格第一布里渊区r-M方向，三角晶格第一布里渊区r-M方向和正方晶格第一布里渊区r-x方向平行于同一直线。声波在这种串联结构中沿着r-x和r-M方 向传播。 所述管的截面形状采用圆形、三角形、方形、六边形或八边形；所述管为金属或非 金属材料。 本专利技术提出的二维串联结构隔音声带隙材料中的蜂窝晶格和三角晶格r-M方向 至少为4层、正方晶格r-x方向至少为3层。每种晶格随着层数的增加，其隔音效果会越 来越好，但是工程上对隔音材料的厚度有一定的限制。所以这种串联结构隔音声带隙材料 在层数很少的情况下，能够在人可以听频率范围能够很好的抑制低频和高频噪声。附图说明 图1 二维圆管/空气声带隙材料示意图； 图2三种晶格声带隙材料能带结构； 图3三种晶格层的示意图； 图4串联结构声带隙材料示意图； 图5串联结构声带隙材料频率分布图。具体实施例方式参见图l，二维圆管/空气声带隙材料示意图，图(a)为正方晶格，第一布里渊区的r-x禾P r-M方向夹角为45。；图(b)为三角晶格，第一布里渊区的r-M禾P r-K方向夹角为30° ;图(c)为蜂窝晶格，第一布里渊区的r-K和r-M方向夹角为30。； 参见图2，正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格声带隙材料中的不锈钢管直径为 80mm，壁厚2mm，相邻不锈钢管中心距离为85mm。不锈钢管的密度和纵波波速分别为 7. 89X103kg/m3和5780m/s，空气的密度和波速分别为1. 29kg/m3和340m/s，这三种晶格的 填充率分别为69. 57% 、80. 33 %和53. 55%。 参见图3，图(a)阴影区域表示蜂窝晶格r-M方向的一层，图(b)阴影区域表示正方晶格r-x方向的一层，图(c)阴影区域表示三角晶格r-x方向的一层。 参见图4，本专利技术提出串联结构声带隙材料，其中蜂窝晶格和三角晶格的r-M方向为4层、正方晶格r-x方向为3层，串联结构隔音与这三种晶格排列顺序无关。 本专利技术提出的二维串联结构隔音声带隙材料以直径相同圆管串联组成为例，这 种隔音材料易于加工制作。如串联结构中的不锈钢管的直径为80mm，壁厚为2mm，相邻不 锈钢管中心距离为85mm，正方、三角晶格和蜂窝晶格的填充率分别为69. 57%、80. 33%和 53. 55%，而且这三种晶格的间距为5mm。它们能够获得0. 631kHz 4. 989kHz较宽带隙和 多个高频带隙。若采用圆管直径小于80mm，正方、三角晶格和蜂窝晶格的填充率分别低于 69. 57% 、80. 33%和53. 55% ，那么获得带隙的频率范围变小，反之，圆管直径大于80mm，相 应地高于以上三种晶格的填充率就能够得到更宽的带隙。串联结构隔音声带隙材在人耳最 为灵敏的1 3kHz频率范围能很好抑制环境噪音，可用于声屏障。在高速公路、铁路、城市 交通以及室内降噪有着广泛的工程应用前景。 参见图5，串联结构声带隙材料利用蜂窝晶格与三角晶格r-M方向阴影区域的 方向带隙和完全带隙、正方晶格r-X方向阴影区域的方向带隙，能够获得O. 631kHz 4. 989kHz较宽带隙和8. 347 9. 594kHz、13. 41 14. 93kHz、15. 18 16. 96kHz宽带隙以 及多个带隙。权利要求二维串联结构隔音声带隙材料，其特征在于它分别由相互平行的管在空气中按正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列串联组成；且其中蜂窝晶格第一布里渊区Γ-M方向，三角晶格第一布里渊区Γ-M方向和正方晶格第一布里渊区Γ-X方向平行于同一直线。2. 根据权利要求1所述的串联结构隔音声带隙材料，其特征在于其中的蜂窝晶格和三角晶格在r-M方向至少为4层、正方晶格在r-x方向至少为3层。3. 根据权利要求1所述的串联结构隔音声带隙材料，其特征在于所述管的截面形状 采用圆形、三角形、方形、六边形或八边形；所述管为金属或非金属材料。全文摘要二维串联结构隔音声带隙材料属于声学领域，涉及了凝聚态物理、力学、机械和材料学等领域。这种结构它分别是由相互平行的管(实心、空心金属或非金属材料)在空气中按正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列串联组成。其特征在于正方晶格Γ-X方向至少为3层、三角晶格和蜂窝晶格Γ-M方向至少为4层，而且这三种晶格排列顺序无关，并且正方晶格的Γ-X方向、三角晶格和蜂窝晶格的Γ-M方向平行于同一直线上，声波在这种串联结构中沿着Γ-X和Γ-M方向传播。本专利技术提出的二维串联结构隔音声带隙材在人耳最为灵敏的1～3kHz频率范围能很好抑制环境噪音，可用于声屏障。在高速公路、铁路、城市交通以及室内降本文档来自技高网...

【技术保护点】
二维串联结构隔音声带隙材料，其特征在于：它分别由相互平行的管在空气中按正方晶格、三角晶格和蜂窝晶格排列串联组成；且其中蜂窝晶格第一布里渊区Γ－Ｍ方向，三角晶格第一布里渊区Γ－Ｍ方向和正方晶格第一布里渊区Γ－Ｘ方向平行于同一直线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何存富，赵寰宇，吴斌，魏瑞菊，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]