一种基于声学超材料的吸声系统及其调控方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于声学超材料的吸声系统及其调控方法，包括噪声监测模块、交变电磁加热模块、控制模块和声学超材料；所述噪声监测模块用于监测应用环境的噪声区间，识别噪声强度和特征频率；所述变电磁加热模块用于产生的磁热效应给声学超材料加热；所述控制模块分别与噪声监测模块和交变电磁加热模块连接，所述声学超材料为多层磁响应4D打印构件。基于热响应形状记忆聚合物和通过添加磁性微粒的方式，赋予了声学超材料磁响应形状记忆性能，实现了在声学超材料中引入主动控制技术，使得声学超材料在多变环境下能够自适应调整吸声频率区间，提高了灵活度，整体上提高了声学超材料的吸声能力。料的吸声能力。料的吸声能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声学超材料的吸声系统及其调控方法


[0001]本专利技术属于声学超材料领域，尤其涉及一种基于声学超材料的吸声系统及其调控方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天飞行器，高速列车，舰船等大型运载装备的发展，其引发的噪声问题十分突出。强烈的噪声严重危害人员的健康，影响仪器和设备的安全运行。由于当前技术的限制，从声源处降低噪音并不可取，而从传播途径抑制噪声则更为有效。噪声中存在大量的低频成分，低频声波波长，穿透力强，传统的吸声材料如多孔材料在吸收中高频声波方面表现良好，而吸收低频噪声并不理想。声学超材料是一种人工制造的复合周期性结构，具备传统材料所不具备的超常物理特性，其中“小尺寸控制大波长”的声学特性能帮助结构以远小于工作频率处声波波长的厚度，实现对低频噪声的有效吸收，适用于狭小空间等复杂环境，具有良好的工程应用价值。
[0003]现有技术提出了一种内置薄膜型声学超材料的双层板隔声装置，将薄膜型声学超材料固定于双层板之间，通过双层板与薄膜型声学超材料的声学耦合作用，在双层板隔声谷值范围内出现一个隔声峰值，提高了双层板的隔声效果，其具备了良好的吸声降噪性能，但其呈现出的状态为被动吸声，其工作频率由结构参数所决定，吸声选择性强，吸声降噪的灵活度和自适应度不够，难以在复杂多变的噪声环境中产生有效的吸收。在被动吸声结构中引入主动控制技术，将有助于解决被动吸声结构自适应吸声能力不足的问题，提高噪声控制的灵活性与有效性。现有技术提出了一种基于微穿孔与微缝吸声结构以及软件设计，通过识别噪声频率，利用步进电机驱动调节吸声结构的共振吸声频率，实现对目标噪声的自适应吸收。但该方法较为繁琐且不够灵活，同时，通过接触式的机械调节限制了其实际的应用场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，提出了一种基于声学超材料的吸声系统及其调控方法，使得声学超材料在多变环境下能够自适应调整吸声频率区间，提高了灵活度，整体上提高了声学超材料的吸声能力。
[0005]本专利技术利用构件变形可控的特点，通过添加磁性微粒的方式，赋予了声学超材料磁响应形状记忆性能，实现了在声学超材料设计中引入主动控制技术的目的；同时提出该4D打印声学超材料吸声频率自适应的调控方法，4D打印技术是一种将3D打印与智能材料相结合的技术，可用来制造具备形状、特性或功能可调节的动态结构，4D打印技术可以使物体在外界激励下发生形状或者结构的改变，利用这一点可以实现对超材料结构参数的远程调整，通过对噪声的监测和识别，反馈并调节交变电磁加热装置电流大小、加热范围等参数，实现结构形状回复的精确停止与再回复以及形状回复过程中速度的调节，通过对声学超材料结构参数的调控，最终实现吸声频率的自适应调节。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于声学超材料的吸声系统，包括噪声监测模块、交变电磁加热模块、控制模块和声学超材料；
[0007]所述噪声监测模块用于监测应用环境的噪声区间，识别噪声强度和特征频率；
[0008]所述变电磁加热模块用于产生的磁热效应给声学超材料加热；
[0009]所述控制模块分别与噪声监测模块和交变电磁加热模块连接，
[0010]所述声学超材料为多层磁响应4D打印构件；
[0011]所述噪声监测模块将识别到的噪声强度和特征频率输送至控制模块，控制模块根据噪声强度和特征频率调整交变电磁加热模块产生的磁热效应给声学超材料加热，当温度高于声学超材料的玻璃化转变温度Tg时声学超材料每层间折边角度变化，使声学超材料纵向高度随着电磁加热模块的电流大小、加热时长及加热范围而变化，从而调整声学超材料的吸声频率。
[0012]上述方案中，所述声学超材料包括若干纵向层叠布置的折边型蜂窝结构层；
[0013]所述折边型蜂窝结构层包括若干框架单元，每个折边型蜂窝结构层从中心处的一个框架单元沿各边分别延展出新的框架单元，框架单元沿竖直面设有折边，折边型蜂窝结构层每层间通过框架单元的折边连接，折边型蜂窝结构层相邻层间设有薄膜层，薄膜层内设有薄膜和质量块，质量块位于薄膜中心；
[0014]所述折边型蜂窝结构层和薄膜层整体呈零泊松比，折边型蜂窝结构层基体材料为可响应热刺激的形状记忆聚合物，在基体材料中添加磁性微粒，当接收到外界磁刺激时通过磁热反应产生热量发生形变，当温度高于打印件基体材料的玻璃化转变温度时打印件恢复为初始形状。
[0015]上述方案中，所述框架单元为六边形单胞结构，质量块材质为铅，质量为150g～2280g。
[0016]上述方案中，所述噪声监测模块为希玛AS844+数字声级计测声仪，交变电磁加热模块为220V高频感应加热机ZDBT
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2。
[0017]上述方案中，所述薄膜的材料为硅橡胶，厚度为0.2mm～1mm。
[0018]上述方案中，所述基体材料包括聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6
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三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO
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L。
[0019]上述方案中，所述聚氨酯丙烯酸酯PUA含量为56wt％，丙烯酸异冰片酯IBOA含量为40wt％，2,4,6
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三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO
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L含量为4wt％。
[0020]上述方案中，所述基体材料中添加磁性微粒的工艺为：采用喷涂方式，4D打印过程中在基体材料表面喷涂具有Fe3O4纳米颗粒的醇类溶液，溶液干燥后Fe3O4纳米颗粒附着在结构表面形成磁热层。
[0021]上述方案中，所述基体材料中添加磁性微粒的工艺为：采用共混方式，4D打印前将15wt％Fe3O4纳米颗粒添加至基体材料。
[0022]一种基于声学超材料的吸声系统的调控方法，包括如下步骤：
[0023]步骤S1、确定应用环境的噪声区间，将声学超材料升高温度至其玻璃化转变温度以上，对声学超材料施加纵向的外力使声学超材料每层间折边角度变化，从而使得声学超材料从原始高度h1形变为压缩后的高度h2，保持外力不变，降低温度至其玻璃化转变温度以下使声学超材料保持高度h2，将声学超材料装配至声学超材料的控制系统中；
[0024]步骤S2、噪声监测模块监测并将识别到的噪声强度和特征频率输送至控制模块调整交变电磁加热模块，通过交变电磁加热模块产生的磁热效应给声学超材料加热，当温度高于声学超材料的玻璃化转变温度Tg时声学超材料每层间折边角度变化，声学超材料高度随着电磁加热模块的电流大小、加热时长及加热范围而变化，高度值范围为h1～h2。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1.本申请基于热响应形状记忆聚合物和通过添加磁性微粒的方式，赋予了声学超材料磁响应形状记忆性能，使得声学超材料具有磁热效应，在声学超材料中引入主动控制技术，使得声学超材料在多变环境下能够自适应调整吸声频率区间，提高了灵活度，整体上提高了声学超材料的吸声能力。
[0027]2.本申请依靠材料自身的形状记忆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声学超材料的吸声系统，其特征在于，包括噪声监测模块、交变电磁加热模块、控制模块和声学超材料；所述噪声监测模块用于监测应用环境的噪声区间，识别噪声强度和特征频率；所述变电磁加热模块用于产生的磁热效应给声学超材料加热；所述控制模块分别与噪声监测模块和交变电磁加热模块连接，所述声学超材料为多层磁响应4D打印构件；所述噪声监测模块将识别到的噪声强度和特征频率输送至控制模块，控制模块根据噪声强度和特征频率调整交变电磁加热模块产生的磁热效应给声学超材料加热，当温度高于声学超材料的玻璃化转变温度Tg时声学超材料每层间折边角度变化，使声学超材料纵向高度随着电磁加热模块的电流大小、加热时长及加热范围而变化，从而调整声学超材料的吸声频率。2.根据权利要求1所述的基于声学超材料的吸声系统，其特征在于，所述声学超材料包括若干纵向层叠布置的折边型蜂窝结构层(1)；所述折边型蜂窝结构层(1)包括若干框架单元，每个折边型蜂窝结构层(1)从中心处的一个框架单元沿各边分别延展出新的框架单元，框架单元沿竖直面设有折边，折边型蜂窝结构层(1)每层间通过框架单元的折边连接，折边型蜂窝结构层(1)相邻层间设有薄膜层(2)，薄膜层(2)内设有薄膜和质量块，质量块位于薄膜中心；所述折边型蜂窝结构层(1)和薄膜层(2)整体呈零泊松比，折边型蜂窝结构层(1)基体材料为可响应热刺激的形状记忆聚合物，在基体材料中添加磁性微粒，当接收到外界磁刺激时通过磁热反应产生热量发生形变，当温度高于打印件基体材料的玻璃化转变温度时打印件恢复为初始形状。3.根据权利要求2所述的基于声学超材料的吸声系统，其特征在于，所述框架单元为六边形单胞结构，质量块材质为铅，质量为150g～2280g。4.根据权利要求1所述的基于声学超材料的吸声系统，其特征在于，所述噪声监测模块为希玛AS844+数字声级计测声仪，交变电磁加热模块为220V高频感应加热机ZDBT
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2。5.根据权利要求2所述的基于声学超材料的吸声系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄舒，薛彬，张航，张军辉，盛杰，梁朝旭，王程，杨宏伟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
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