一种缺陷态结构声学超材料板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种缺陷态结构声学超材料板，包括弹性薄膜，两块复合材料板以及若干个质量片，其中，两块所述复合材料板分别粘接于弹性薄膜上下两侧，所述复合材料板上设置有周期性排列的开口，若干个所述质量片分别设置于开口处的弹性薄膜上，所述质量片在分布中具有缺陷态结构。本发明提供的缺陷态结构声学超材料板，结构简单，设计性好，所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产，值得在业内推广。
【专利说明】
一种缺陷态结构声学超材料板
技术领域
[0001]本发明属于声学超材料技术领域，具体涉及一种缺陷态结构声学超材料板。
【背景技术】
[0002]振动在自然界广泛地存在着，而在实际生活环境中的绝大多数振动源分布在250Hz以下的低频范围，该频率范围内的低频振动和噪声由于其能量衰减慢，传播距离远，穿透能力强的特点，难以控制和阻隔，对工业生产及人体都产生了很大的危害。工程中，常使用隔声材料及阻尼材料来降低低频振动与噪声。传统隔声材料要隔离声波和振动时，一般需要隔声材料部件的厚度尺寸与声波波长相匹配，如果要隔离10Hz以下的声波，就需要厚度超过Im的隔声材料，这在汽车、列车、飞机等内部空间紧凑的设备中，显然是不现实的；阻尼材料对低频振动与噪声有一定的消减作用，但随着轻量化、经济性、环保等要求的不断增强，对阻尼材料的质量限制也越来越严格，传统阻尼材料并不能满足低频减振降噪的需求;因此迫切需要开发新的低频减振降噪材料。
[0003]声学超材料是一种近年来发展起来的新型人工功能材料，声学超材料与电磁超材料相对应，是指具有负等效质量密度或负等效模量的人工亚波长结构，由于其具有良好的弹性波带隙及导波特性，在低频振动与噪声控制领域展现出了巨大的潜力。一方面，声学超材料能够在低频范围内，对振动弹性波产生“禁带”效应，达到隔离振动的目的；另一方面，声学超材料中的缺陷结构具有相对较高的弹性波传递能力，即形成“波导”，能够将大部分的振动弹性波能量引导、分频至相应的动力吸振器、振动能量回收器等机构，从而实现对低频振动的控制。由此可见，声学超材料技术为低频振动与噪声的控制提供了一条可行路径。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、设计性好的缺陷态结构声学超材料板。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种缺陷态结构声学超材料板，包括弹性薄膜，两块复合材料板以及若干个质量片，其中，两块所述复合材料板分别粘接于弹性薄膜上下两侧，所述复合材料板上设置有周期性排列的开口，若干个所述质量片分别设置于开口处的弹性薄膜上，所述质量片在分布中具有缺陷态结构。
[0006]优选地，所述缺陷态结构包括质量片质量不均等、质量片位置偏心或质量片缺失中的至少一种。
[0007]优选地，所述开口为圆形开口，所述圆形开口呈矩阵式排列。
[0008]优选地，所述质量片的形状为圆形、方形、三角形或不规则形状。
[0009]优选地，所述质量片厚度小于复合材料板。
[0010]优选地，所述质量片由重金属材料制成。
[0011]优选地，所述重金属材料为铁、铜或钢。
[0012]优选地，所述弹性薄膜由弹粘性材料制成。[0013 ]优选地，所述弹粘性材料为丁腈橡胶、娃橡胶或复合橡胶。
[0014]优选地，所述复合材料板采用轻质材料制成。
[0015]本发明的有益效果是:本发明提供的缺陷态结构声学超材料板，在弹性薄膜两侧设置复合材料板，同时复合材料板上设置开口，粘接于开口处的质量片在整体分布上具有缺陷态结构，使得本发明可在1000Hz以下形成较宽声学禁带，隔离低频振动与噪声，同时可在1000Hz以内形成若干波导，将波导频率内的振动能量引导至指定位置或方向，被动力吸振器或振动能量回收器等机构吸收。进一步的，该声学超材料板件总厚度可小于5mm，较为轻薄，平面尺寸可灵活设计，敷设方式与传统产品相近，在汽车、列车、飞机、舰船等设备中易于布置。整体而言，本发明结构简单，设计性好，所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产，值得在业内推广。
【附图说明】
[0016]图1是本发明缺陷态结构声学超材料板的基本晶胞单元结构示意图；
[0017]图2是本发明缺陷态结构声学超材料板的基本晶胞单元结构剖视图；
[0018]图3是本发明缺陷态结构声学超材料板的质量片分布缺陷态结构示意图；
[0019]图4是本发明缺陷态结构声学超材料板的整体结构示意图。
[0020]附图标记说明:1、质量片;2、复合材料板;3、弹性薄膜;4、缺陷态结构。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明:
[0022]如图1-4所示，本发明缺陷态结构声学超材料板，包括弹性薄膜3，两块复合材料板2以及若干个质量片I。两块复合材料板2分别粘接于弹性薄膜3上下两侧，复合材料板2上设置有周期性排列的开口，若干个质量片I分别粘接在开口处的弹性薄膜3上，质量片I在分布中具有缺陷态结构4。缺陷态结构4是针对若干个质量片整体的布置情况，包括质量片I质量不均等、质量片I位置偏心或质量片I缺失中的至少一种。
[0023]需要说明的是，复合材料板2上设置的周期性排列的开口，开口的形状可以是圆形或多边，开口的排列方式也可以根据实际需要确定。复合材料板2可由轻质材料制成。质量片I的形状可以是圆形、方形、三角形或不规则形状，其由质量密度较大的重金属材料制成，如铁、钢或铜等金属材料，厚度小于复合材料板2。弹性薄膜3由粘弹性材料制成，如丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶等材料。
[0024]下面以本发明缺陷态结构声学超材料板的基本晶胞为例，对本发明缺陷态结构声学超材料板的结构进行进一步的详细说明，以便进一步展示本发明的优点:如图1所示，基本晶胞为构成整个缺陷态结构声学超材料板的最小单元。晶胞整体为方形结构，每个晶胞的边长为40 mm。弹性薄膜3采用丁腈橡胶制成，厚度为lmm。复合材料板2采用纤维复合材料制成，厚度为2 mm，粘接于弹性薄膜3上下两侧。复合材料板2上设置圆形开口，直径为30 mm，圆形开口呈矩阵式排列。质量片I为圆形铁片，直径24.5mm，厚度Imm，粘接于开口处的弹性薄膜3上。如图4所示，将前述晶胞按照所需的排列组成缺陷态结构声学超材料板，其中第六列第一行晶胞单元的质量片I缺失，第六列第三行及第五行晶胞单元的质量片I偏心布置。该声学超材料板在10Hz?150Hz内震动传递函数地狱20dB，形成声学禁带效果，其中第六列在120Hz附近形成波导。
[0025]值得说明的是，在实际应用中，可根据工程需求，对基本晶胞的几何尺寸，晶胞排列个数、禁带频率及带宽、波导频率及带宽进行设计，以达到按需生产的目的。进一步的，关于质量片I分布的缺陷态结构4也不限于实施例中的质量片I缺失和质量片I偏心位置构成。也可以使其中某些质量片I的质量和其它质量片I相比不均等，或者质量片采取不一样的材质。缺陷态结构4的具体设置可以根据实际工程需求进行调整。
[0026]本发明提供的缺陷态结构声学超材料板，在低频范围内具有良好的弹性波带隙及导波特性，能够对低频振动弹性波产生“禁带”效应，达到隔离振动的目的，且其缺陷结构具有相对较高的弹性波传递能力，能将振动弹性波能量引导、分频至相应的动力吸振器、振动能量回收器等机构。该缺陷态结构声学超材料板可用于汽车、列车、船舰、飞机等设备中低频振动与噪声的降低、隔离及控制。
[0027]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:包括弹性薄膜(3)，两块复合材料板(2)以及若干个质量片(I)，其中，两块所述复合材料板(2)分别粘接于弹性薄膜(3)上下两侧，所述复合材料板(2)上设置有周期性排列的开口，若干个所述质量片(I)分别设置于开口处的弹性薄膜(3)上，所述质量片(I)在分布中具有缺陷态结构(4)。2.根据权利要求1所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述缺陷态结构(4)包括质量片(I)质量不均等、质量片(I)位置偏心或质量片(I)缺失中的至少一种。3.根据权利要求1所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述开口为圆形开口，所述圆形开口呈矩阵式排列。4.根据权利要求1所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述质量片(I)的形状为圆形、方形、三角形或不规则形状。5.根据权利要求1所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述质量片(I)厚度小于复合材料板(2)。6.根据权利要求1所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述质量片(I)由重金属材料制成。7.根据权利要求6所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述重金属材料为铁、铜或钢。8.根据权利要求1?6任一所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述弹性薄膜(3)由弹粘性材料制成。9.根据权利要求8所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述弹粘性材料为丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶。10.根据权利要求1-6所述的缺陷态结构声学超材料板，其特征在于:所述复合材料板(2)采用轻质材料制成。
【文档编号】G10K11/168GK105895071SQ201610365485
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】杨明亮, 吴昱东, 丁渭平, 马逸飞, 朱洪林
【申请人】西南交通大学