一种复合材料蜂窝结构及其设计方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料蜂窝结构及其设计方法，蜂窝结构包括上面板、下面板和蜂窝芯子层，蜂窝芯子层的顶部连接上面板的下表面，蜂窝芯子层的底部连接下面板的上表面，蜂窝芯子层包括多个周期性排列的蜂窝单胞，上面板上设有对应每个蜂窝单胞的上微孔，每个蜂窝单胞的内部设有一个隔板，隔板上设有中微孔。与现有技术相比，蜂窝结构的几何参数与所需吸收的声音的频段相适应，使得蜂窝结构能够在目标频段达到需求的吸声效果；同时，通过蜂窝型腔体，提高了结构的承载性能，并具有轻质的特点，从而使得蜂窝结构可以在低频下实现低频宽带吸声且兼具力学承载性能，能够为工程中的承载和低频降噪问题提供解决方案。低频降噪问题提供解决方案。低频降噪问题提供解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料蜂窝结构及其设计方法


[0001]本专利技术涉及声波调控领域，尤其是涉及一种兼具力学承载和低频宽带吸声功能的复合材料蜂窝结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着工业化发展和科技的进步，对结构轻质和多功能性的要求越来越高。在航空航天、土木建筑、车辆船舶、精密仪器等行业普遍要求结构具有轻质、高承载、减振降噪等性能，超材料是实现多功能并满足高性能指标较新且较有前途的方法之一。各个行业需要结构简单、适合大规模制造的结构设计方法，随着增材制造技术的发展，与复合材料增材制造技术匹配的多功能结构设计方法有广泛需求。
[0003]中国专利CN108585792A公开了一种轻质降噪复合材料及其制备方法，通过采用颗粒堆积与添加造孔剂相结合的方式制备的轻质降噪复合材料，吸声系数在0.64以上，具有较好的牺牲效果且力学性能优异。中国专利CN112509544A公开了一种轻质金属低频降噪结构，该专利技术提供了一种轻质金属低频降噪结构，将三层不同厚度的铝合金板形成一个全金属降噪结构。然而以上两个专利公开的结构并未关注宽带吸声的需求和制造技术的通用普遍性。
[0004]超材料和超表面的发展进步使得通过人工设计结构的几何形状，可以以前所未有的方式操纵声波和弹性波，轻质结构的主要目标是实现深亚波长厚度的吸声，以便在航空航天工程、运输车辆、建筑结构等领域用作紧凑型设备。但是，大多数超结构忽略了结构的力学性能。
[0005]因此，在工程实际应用中，制作方法简单、兼顾力学承载力和低宽频降噪的设计极有必要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合材料蜂窝结构及其设计方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供一种复合材料蜂窝结构，包括上面板、下面板和蜂窝芯子层，所述蜂窝芯子层的顶部连接上面板的下表面，所述蜂窝芯子层的底部连接下面板的上表面，所述蜂窝芯子层包括多个周期性排列的蜂窝单胞，所述上面板上设有对应每个蜂窝单胞的上微孔，每个蜂窝单胞的内部设有一个隔板，所述隔板上设有中微孔。
[0009]进一步地，所述蜂窝单胞为方形单胞，每个单胞的大小相同。
[0010]进一步地，各个上微孔的直径、各个蜂窝单胞内的隔板位置、各个隔板上中微孔的直径、上面板的厚度、隔板的厚度是通过理论计算和仿真验证确定的。
[0011]进一步地，所述上面板、下面板和蜂窝芯子层由短碳纤维尼龙基复合材料制造，使用熔融沉积成型技术制成。
[0012]进一步地，所有蜂窝单胞内部的隔板的厚度相同。
[0013]进一步地，所述上面板、下面板和蜂窝芯子层之间通过粘接结合。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供一种复合材料蜂窝结构的设计方法，包括以下步骤：
[0015]S1、获取复合材料蜂窝结构的总体厚度，初始化上面板、下面板和蜂窝芯子层的厚度，初始化各个上微孔的直径、各个蜂窝单胞内的隔板位置、各个隔板上中微孔的直径、上面板的厚度、隔板的厚度，得到整体模型；
[0016]S2、获取预设置的目标频段和匹配条件，调整整体模型的几何参数使得整体模型在目标频段内的声阻抗达到所述匹配条件；
[0017]S3、根据整体模型的几何参数制作复合材料蜂窝结构。
[0018]进一步地，所述蜂窝单胞为方形单胞，每个单胞的大小相同。
[0019]进一步地，所有蜂窝单胞内部的隔板的厚度相同。
[0020]进一步地，步骤S2中，所述匹配条件为W不超过预设置的优化阈值，其中，W的计算公式为：
[0021][0022]其中，A(f
n
)为整体模型在f
n
频率处的声阻，B(f
n
)为整体模型在f
n
频率处的声抗，N为优化的频率点的总数，A0和B0为预设置的声阻阈值和声抗阈值。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)蜂窝结构的几何参数与所需吸收的声音的频段相适应，使得蜂窝结构能够在目标频段达到需求的吸声效果；同时，通过蜂窝型腔体，提高了结构的承载性能，并具有轻质的特点，从而使得蜂窝结构可以在低频下实现低频宽带吸声且兼具力学承载性能，能够为工程中的承载和低频降噪问题提供解决方案。
[0025](2)复合材料蜂窝结构的结构简单，易生产制造，可通过复合材料增材制造技术等多种工艺制造，易于工程中的实际应用。
[0026](3)相比于传统用于降噪的夹芯结构，本专利技术通过蜂窝芯子层的隔板的中微孔和上面板的上微孔，极大提升了吸声频率，可以实现低频宽带降噪。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例中复合材料蜂窝结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例中复合材料蜂窝结构的实验试样图；
[0029]图3为本专利技术实施例中复合材料蜂窝结构的吸声系数的理论和实验对比图；
[0030]图4为本专利技术实施例中复合材料蜂窝结构的蜂窝单胞的示意图；
[0031]图5为本专利技术实施例中复合材料蜂窝结构的多个蜂窝单胞的示意图；
[0032]附图标记：1、上面板，2、蜂窝芯子层，3、下面板。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，显然，所描述的实施例仅仅是
本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例，本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0034]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本专利技术的描述中，需要理解的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0035]本说明书提供了如实施例或流程示意图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)或者调整没有时序限制的步骤的执行顺序。
[0036]实施例1：
[0037]本专利技术提供一种复合材料蜂窝结构，如图1所示，包括上面板1、下面板3和蜂窝芯子层2，蜂窝芯子层2的顶部连接上面板1的下表面，蜂窝芯子层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料蜂窝结构，其特征在于，包括上面板、下面板和蜂窝芯子层，所述蜂窝芯子层的顶部连接上面板的下表面，所述蜂窝芯子层的底部连接下面板的上表面，所述蜂窝芯子层包括多个周期性排列的蜂窝单胞，所述上面板上设有对应每个蜂窝单胞的上微孔，每个蜂窝单胞的内部设有一个隔板，所述隔板上设有中微孔。2.根据权利要求1所述的一种复合材料蜂窝结构，其特征在于，所述蜂窝单胞为方形单胞，每个单胞的大小相同。3.根据权利要求1所述的一种复合材料蜂窝结构，其特征在于，各个上微孔的直径、各个蜂窝单胞内的隔板位置、各个隔板上中微孔的直径、上面板的厚度、隔板的厚度是通过理论计算和仿真验证确定的。4.根据权利要求1所述的一种复合材料蜂窝结构，其特征在于，所述上面板、下面板和蜂窝芯子层由短碳纤维尼龙基复合材料制造，使用熔融沉积成型技术制成。5.根据权利要求1所述的一种复合材料蜂窝结构，其特征在于，所有蜂窝单胞内部的隔板的厚度相同。6.根据权利要求1所述的一种复合材料蜂窝结构，其特征在于，所述上面板、下面板和蜂窝芯子层之间通过粘接结合。7.一种复合材料蜂窝结构的设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1
‑
6中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，金亚斌，杨怡龙，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：