一种可变形变频的吸声装置

1.本发明属于吸声技术领域，更具体地，涉及一种可变形变频的吸声装置。


背景技术：

2.随着现代社会的发展，多频段的噪声也随之而来，严重影响人类正常生活。以往科研工作者通过在空间外围设计多孔泡沫结构实现吸声降噪的效果，这种方法可以实现指定频段的声波降噪，难以在复杂多变的声波场景中实现变频降噪，且多孔泡沫还存在使用寿命低的缺点。
3.为了解决以上缺陷，出现了金属板格吸声晶格结构，然而，这种方法仅是提高了使用寿命，难以实现变频降噪的效果，通过采用形状记忆合金制备的空间结构压缩、回复导致的孔隙率的变化可以实现变频降噪的效果，但是，频段变化范围较小，难以实验有效地变频吸声。针对以上缺点，有必要提出一种变形变频吸声结构，实现多频段吸声效果。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可变形变频的吸声装置，其目的在于利用空腔可吸声降噪，形状记忆材料结构组件受压变形以及可控回复形变可以使得空腔尺寸可控变化的原理设计可变形变频吸声结构，由此解决目前难以有效实现变频降噪的技术问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可变形变频的吸声装置，包括顶盖和空腔本体；其中，所述空腔本体包括底层空腔结构和支撑部，所述支撑部设置在底层空腔结构顶部，所述底层空腔结构与外界通过通孔连通，所述顶盖包括顶板和顶盖侧壁，顶板与支撑部连接，顶盖、顶盖侧壁与底层空腔结构的顶面构成上层空腔，所述上层空腔与外界通过通孔连通；顶盖侧壁的内表面与底层空腔结构的侧壁外表面相接触；所述底层空腔结构上与支撑部连接的顶面为凸起弧面，所述顶盖受到朝向底层空腔结构方向的外力时，顶盖侧壁能够在底层空腔结构的侧壁上滑动，同时凸起弧面变形下凹，以实现改变吸声频率，所述吸声装置的材料具有形状记忆效果。
6.优选地，所述支撑部上设置贯通的第一通孔，将所述底层空腔结构与外界连通，所述支撑部设置在所述底层空腔结构顶部的中央位置处，在顶板中央位置处设置尺寸与所述支撑部相配合的贯通孔，顶板边缘位置处设置第二通孔，将上层空腔与外界连通。
7.优选地，所述底层空腔结构的侧壁上设置凸台，以限制所述顶盖侧壁在底层空腔结构的侧壁上的滑动距离。
8.优选地，所述底层空腔结构的底板为多边形、圆形或椭圆形。
9.优选地，所述凸起弧面的壁厚小于所述底层空腔结构的侧壁和底板的壁厚。
10.优选地，所述支撑部、凸起弧面与底层空腔结构之间满足下列关系：
11.h2≥h1；h3≥2(h1+h2)
12.其中，h1为支撑部的高度，h2为凸起弧面的高度，h3为底层空腔结构的高度。
13.优选地，当构成所述底层空腔结构的底板为正四边形时，所述底板的边长与吸声装置的吸波波长之间满足下列关系：
[0014][0015]
其中，a为所述底板的边长，p为吸声装置的吸波波长。
[0016]
优选地，当构成所述底层空腔结构的底板为正四边形时，所述底板的边长与第一通孔的直径之间满足下列关系：
[0017][0018]
其中，b为第一通孔的直径，a为所述底板的边长。
[0019]
优选地，所述吸声装置通过4d打印得到，优选地，所述4d打印具体为光固化成形或熔融沉积成形。
[0020]
优选地，所述吸声装置的材料为具有形状记忆效果的光敏树脂或高分子材料。
[0021]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
[0022]
(1)本发明利用空腔可吸声降噪，且材料受压变形使得结构空腔尺寸变化的原理实现变频吸声，空腔形状改变从而改变装置的声波的反射效果，进而改变装置的吸声效果。在顶盖未受到朝向底层空腔结构方向的外力时，底层空腔结构为顶部凸起的形状，而在顶盖受到朝向底层空腔结构方向的外力时，受压变形后底层空腔结构为内凹陷形，由于吸声装置的材料具备形状记忆效果，可在外界温度场变化后实现形状回复，从而实现可变形变频吸声的效果。在受力变形后，整体的空腔尺寸变小，与变形前相比，能够吸收更大的声波频率。
[0023]
(2)本发明提供的可变形变频吸声装置能够实现对频率在100-600hz的声波的可调吸收。
[0024]
(3)本发明提供的可变形变频吸声装置中凸起弧面无尖锐拐点，减少压缩变形过程中产生应力集中现象，提高可变形变频吸声结构的整体牢固性。
[0025]
(4)本发明的可变形变频吸声装置通过4d打印成形，具体通过光固化和熔融沉积技术一体化成形，可成形表面质量优良，精度更高的零件，在承载外力时可减小应力集中；相比金属材料，采用高分子或光敏树脂成形可变形变频吸声结构保证结构吸声的同时实现轻量化，不仅如此，高分子或光敏树脂的形状记忆性及超弹性也远高于金属。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例可变形变频吸声装置的爆炸图；
[0027]
图2为本发明实施例可变形变频吸声装置未压缩变形条件下的三轴视图；
[0028]
图3为本发明实施例可变形变频吸声装置压缩条件下的三轴视图；
[0029]
图4为本发明实施例可变形变频吸声装置未压缩条件下的剖面三轴视图
[0030]
图5为本发明实施例可变形变频吸声装置压缩变形条件及未压缩变形条件下的吸声效果图。
[0031]
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0032]
1-空腔本体；2-底层空腔结构；3-支撑部；4-顶盖；6-第一通孔；7-上层空腔
[0033]
201-底层空腔结构的侧壁；202-凸台；401-顶板；402-顶盖侧壁；403-贯通孔。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]
本发明实施例提供了一种可变形变频的吸声装置，参见图1-4，包括顶盖4和空腔本体1；其中，所述空腔本体1包括底层空腔结构2和支撑部3，所述支撑部3设置在底层空腔结构2顶部，所述底层空腔结构2与外界通过通孔连通，所述顶盖4包括顶板401和顶盖侧壁402，顶板401与支撑部3连接，顶盖4、顶盖侧壁402与底层空腔结构2的顶面构成上层空腔7，所述上层空腔7与外界通过通孔连通；顶盖侧壁402的内表面与底层空腔结构的侧壁201外表面相接触；避免额外孔隙产生；
[0036]
所述底层空腔结构2上与支撑部3连接的顶面为凸起弧面，所述顶盖4受到朝向底层空腔结构2方向的外力时，顶盖侧壁402能够在底层空腔结构的侧壁201上滑动，同时凸起弧面变形下凹，以实现改变吸声频率，所述吸声装置的材料具有形状记忆效果。
[0037]
在一种可行的方式中，所述支撑部3上设置贯通的第一通孔6，将所述底层空腔结构2与外界连通，所述支撑部3设置在所述底层空腔结构2顶部的中央位置处，在顶板401中央位置处设置尺寸与所述支撑部3相配合的贯通孔403，顶板401边缘位置处设置第二通孔5，将上层空腔7与外界连通。
[0038]
所述底层空腔结构的侧壁201上设置凸台202，以限制所述顶盖侧壁402在底层空腔结构的侧壁201上的滑动距离。
[0039]
所述底层空腔结构2的底板为多边形、圆形或椭圆形。所述凸起弧面的壁厚小于所述底层空腔结构2的侧壁和底板的壁厚。从而保证顶盖在外力作用下，弧形凸起向下凹陷。优选地，凸起弧面的壁厚为底层空腔结构2的侧壁壁厚的五分之一。
[0040]
所述支撑部3、凸起弧面与底层空腔结构2之间满足下列关系：
[0041]
h2≥h1；h3≥2(h1+h2)
[0042]
其中，h1为支撑部3的高度，h2为凸起弧面的高度，h3为底层空腔结构2的高度。
[0043]
优选地，h2＝h1，h3＝h1+h2，可保证可变形变频吸声装置在变形后支撑部完全凹陷进弧形凸起，并保证弧形凸起和支撑部处于底层空腔结构内部，从而实现出顶盖内部侧面与底层空腔结构侧面贴合，避免额外孔隙产生。
[0044]
当构成所述底层空腔结构2的底板为正四边形时，所述底板的边长与吸声装置的吸波波长之间满足下列关系：
[0045][0046]
其中，a为所述底板的边长，p为吸声装置的吸波波长。从而可以保证可变形变频吸声装置在特定工作波长下达到吸声降噪的效果。
[0047]
当构成所述底层空腔结构2的底板为正四边形时，所述底板的边长与第一通孔6的
直径之间满足下列关系：
[0048][0049]
其中，b为第一通孔6的直径，a为所述底板的边长。
[0050]
所述吸声装置通过4d打印得到，优选地，所述4d打印具体为光固化成形或熔融沉积成形。由于结构形状复杂，且存在空腔，传统制造手段难以成形，需采用光固化技术或熔融沉积技术成形光敏树脂或高分子材料。优选地，选用光固化技术成形光敏树脂制造可变形变频吸声结构，光固化技术成形精度远高于熔融沉积成形技术。
[0051]
需要说明的是，本发明中顶盖与底层空腔结构可以为分开打印，然后再将支撑部与顶盖通过粘结剂进行粘合。
[0052]
所述吸声装置的材料为具有形状记忆效果的光敏树脂或高分子材料。光敏树脂和高分子材料的形状记忆效果远高于金属材料，可保证结构大幅变形后的实现完全回复效果，金属材料因较小的形状记忆性，因此不适用制造可变形变频吸声结构。优选地，具有形状记忆效果的材料选择光敏树脂。
[0053]
以下为具体实施例：
[0054]
通过cad软件设计可变形变频吸声结构，底层空腔结构和支撑部均为立方体，即底层空腔结构和支撑部的底面为正方形，底层空腔结构长、宽均为30mm，支撑部高度h1＝4mm，弧面凸起高度h2＝3mm，底层空腔高度h3＝20mm，支撑部长、宽均为8mm，支撑部的凸台长宽为7mm，高1mm。
[0055]
底层空腔结构厚度为1mm，凸起弧面壁厚为0.5mm，支撑部壁厚为1mm，顶盖侧壁的内壁的长、宽均为29mm，厚度为0.5mm。底层空腔凸台的长、宽与顶盖侧壁的内壁的长、宽相等，高度为6mm第一通孔与第二通孔的直径均为2mm。
[0056]
顶盖长、宽、高分别为30mm，30mm，6mm。顶盖的顶板壁厚为1mm，顶盖的顶板中的贯通孔长、宽均为7mm。
[0057]
cad模型绘制完成后，导出stl文件，在光固化设备进行打印，打印材料为高强度形状记忆光敏树脂，直接光处理底层曝光时间为8-12s，控制电流2450ma，层厚25um单层曝光，得到可变形可变频吸声装置。
[0058]
通过模拟仿真，参见图5，得到吸声装置的吸声频率和吸声系数，变形前吸声频率在300hz，吸声系数为1，完全变形后吸声频率在500hz，吸声系数为0.78。
[0059]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。