一种基于非对称膜类亚波长结构的低频宽带吸声材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于低频减振降噪的吸声材料，具体为一种基于非对称膜类亚波长结 构的低频宽带吸声材料。
【背景技术】
[0002] 现代社会中噪声无处不在，既有来自高速公路、高速铁路的交通噪声，也有来自建 筑工地的施工噪声和大型厂矿的工业噪声以及日常生活中的生活噪声等。人们想出了各式 各样的办法来减振降噪，减小或消除噪声带来的不利影响。噪声不仅仅代表着无用，而且更 重要的是对人体和机械都具有很严重的负面影响。其中低频噪声的危害更加严重，其控制 长期以来都是一个很有挑战性的课题，由于普通材料在低频附近耗散率比较低，低频噪声 传播过程中穿透力强，难以衰减。所以低频噪声的治理一直都备受关注。
[0003] 形成结构振动并产生噪声辐射的本质原因通常可归结于结构中的弹性波传播效 应，以及结构弹性波与周围声介质（如空气、水）的相互耦合作用。因此，对结构中的弹性波 行为进行调控是实现结构减振降噪的一种有效手段。最近，在声物理发展的前沿，"声子晶 体"和"声学超材料"等新概念的提出为实现"人为操控弹性介质及结构中的波传播"的研究 工作掀开了崭新篇章。其中超材料是近年来发展起来国际学术界的一个研究热点。近年来， 有关超材料的新思想、新成果和新应用领域层出不穷，使超材料的研究领域飞速发展。膜类 声学超材料则是近年来在局域共振声子晶体和声学超材料的基础上发展起来的一类具有 "双负"声学特性的材料。该超材料能够在一定的低频频率段内表现出一般材料所不具有的 声学特性:梅军、Z. Yang等提出了一种薄膜型声学超材料，采用柔软膜类和小质量块的结 构，使得在100Hz~1000Hz的频率范围内有着良好的隔声量，并在透射峰值处存在着负等效 质量密度;〇11^81:;[1^]\他1€7等提出一种基于局域共振机理的膜类声学超材料，在100!^~ 1000Hz的一些频率打破了质量定理的预测，而且可以通过调节共振质量块的大小来改变隔 声量峰值等。近年来的研究成果都说明了膜类声学超材料已经成为了新一代隔声吸声性能 的研究对象，有着潜在的应用价值。
[0004] 但在处理低频问题时，膜类声学超材料虽然有着良好的低频特性，但共振频率的 降低是以牺牲共振带宽为代价的，大量学者提出的吸收型膜类声学超材料在中频段内有一 个宽频吸声，但低频段只有一个较窄的带宽。怎样在保证低频吸声特性的同时，让结构也能 具有一个宽频的特性，这是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于非对称膜类亚波长结构的低频 宽带吸声材料，在保证吸声材料的低频特性上，通过结构设计使得材料同时具有宽频吸声 的效果，较现有的吸声材料具有全面的低频宽带性能提升。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] -种基于非对称膜类亚波长结构的低频宽带吸声材料，包括若干个吸声单元，每 个吸声单元包括框架，柔性薄膜，以及八个质量均不相同的质量块;框架呈田字形设置;柔 性薄膜张紧固定在框架上形成四个对等的消声单元;八个质量块两两分为一组，且分别一 一对应的固定在消声单元的薄膜上;若干吸声单元在框架平面内向四周扩展拼接形成基于 非对称膜类亚波长结构的低频宽带吸声材料。
[0008] 优选的，质量块采用半圆铁片制成，半圆铁片的横截面相同，厚度均不一样。
[0009] 进一步，每一组中的半圆铁片呈直径侧相邻的对称设置。
[0010] 优选的，框架包括均呈田字形设置的两部分，薄膜层张紧固定在框架上下两部分 的中间。
[0011] 优选的，框架采用有机玻璃或金属材料制成。
[0012]优选的，柔性薄膜采用甲基乙烯基硅橡胶制成。
[0013] 优选的，框架与柔性薄膜之间，以及柔性薄膜与质量块之间均采用粘结固定。
[0014] 进一步，粘结采用单组份的瞬间固化粘合剂。
[0015] 优选的，每个质量块的质量Μ与对应的吸声峰值频率f关系为
中const为常数。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0017] 本发明整体结构主要由柔性薄膜和质量块系统组成的四边形吸声单元材料，质量 块之间的非对称分布使得其动力学特性表现为具有多个等效质量密度为零的频率点，即具 有多个吸声系数的峰值;从弹性应变能的角度来看，在非对称模式的影响下，结构的总弹性 应变能在全频段内高于对称模式的应变能，结构整体的吸声性能得到了极大的提高，吸声 带宽从原来的窄频扩大为宽频。更为重要的是，吸声结构整体的面密度很低，材料便宜，易 于实现。
[0018] 进一步，该低频宽带吸声材料可以适应各种复杂环境的要求。其制造过程工艺快 速简单，便于工业化批量生产。采用便于加工的金属和硅胶薄膜材料作为主要制备材料，重 量小，可以在不影响设备整体性能的同时，达到减振降噪的要求。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的三维结构示意图。
[0020]图2是本发明XY界面的结构示意图。
[0021]图3是本发明XZ界面的部分结构示意图。
[0022]图4是本发明实例所述低频宽带吸声材料的吸声系数 [0023]图中：1~8为八个质量不等的质量块;9层柔性薄膜;10框架。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0025]本发明提供一种可以用于各种低频设备和场所的低频宽带吸声材料和结构，采用 非对称质量块的布置方式，目的是将低频吸声结构的窄频特性扩大为宽频，所以该吸声材 料不仅在低频段内有良好的吸声能力，更重要的是同时也具有宽频吸声的特性。柔性薄膜 采用比较软的甲基乙烯基硅橡胶制成的薄膜，该材料通过粘结剂同质量块和框架粘结成为 整体，构成了优良的低频宽带吸声材料。