一种低频减振超材料复合阻尼板的制作方法
【专利摘要】本发明介绍了一种低频减振超材料复合阻尼板，它包括板体，板体是由第一上复合层、中间层和第一下复合层构成，第一上复合层和第一下复合层均为纤维复合材料层，中间层为粘弹性薄膜阻尼层，第一上复合层与中间层之间以及第一下复合层与中间层之间均通过粘流态阻尼胶料粘接；在板体上开设有孔阵列，在每一个孔中分别安装有一个质量片，质量片嵌入在所述粘弹性薄膜阻尼层上。本发明兼具多层阻尼减振及声学超材料低频隔振功能，具有低频衰减能力强、易于实现选频衰减等突出优点，并具有良好的环保性能；该结构可用于1000Hz以内的振动控制，减振降噪性能与传统材料相比有较大提升，可用于汽车、船舰等设备中低频振动与噪声的降低、隔离及控制。
【专利说明】
一种低频减振超材料复合阻尼板
技术领域
[0001]本发明属于振动噪声控制和功能复合材料的交叉领域，具体涉及一种低频减振超材料复合阻尼板结构。
[0002]
【背景技术】
[0003]低频振动和噪声问题在汽车、列车、飞机、舰船等设备中普遍存在，由于低频振动和噪声能力衰减缓慢，穿透力强，难以对其实施阻碍和控制，严重制约了这些设备性能发挥及乘坐舒适性，甚至直接影响到设备操作及乘坐人员的身体健康与生命安全。
[0004]在实际工程中，常使用隔声材料及阻尼材料来降低低频振动与噪声。但是，传统的隔声材料在隔离声波和振动时，一般需要隔声材料部件的厚度尺寸与声波波长相匹配，例如，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；虽然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。
[0005]近年来，美国海军研究试验所、欧洲信息社会技术研究委员会、中国国家自然基金等对声学超材料的理论及应用研究进行了大力支持。声学超材料是指具有负等效质量密度或者负等效模量的人工亚波长结构，2000年，刘正猷等把普通声子晶体带隙频率降低了两个数量级，突破了布拉格散射的限值，实现了小尺寸控制大波长的目的，这为低频研究开辟了新的道路和方法。他们通过低频处引入局部共振单元，实现等效负质量密度。在低频处，就会出现运动失谐现象，同时由于振子运动能吸收声波所传递的能量而在低频处产生禁带。因此，要对低频振动与噪声进行隔离，声学超材料是一种非常好的选择。
[0006]综上所述，对于1000Hz以下尤其是200Hz以内频段的低频隔振问题，现有阻尼板，要么达不到低频减、隔振的要求;要么结构过于笨重，空间条件或成本不允许;要么只对单一频率或者较窄的频带有效；因此，一种具有宽频带、满足低频减、隔振要求的新型阻尼板是迫切需求的。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种低频减振超材料复合阻尼板结构。
[0009]本发明的技术方案:一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，包括板体，所述板体是由第一上复合层、中间层和第一下复合层构成，所述第一上复合层和第一下复合层均为纤维复合材料层，所述中间层为粘弹性薄膜阻尼层，所述第一上复合层与中间层之间以及第一下复合层与中间层之间均通过粘流态阻尼胶料粘接;在所述板体上开设有孔阵列，在每一个孔中分别安装有一个质量片，所述的质量片嵌入在所述粘弹性薄膜阻尼层上。
[0010]优化地，所述粘弹性薄膜阻尼层由丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶材料制成。
[0011 ]优化地，所述纤维复合材料层的厚度为0.1?2mm。
[0012]优化地，所述粘弹性薄膜阻尼层的厚度为0.1?2mm。
[0013]优化地，所述第一上复合层和第一下复合层均是由至少2层纤维复合材料层重叠制得。
[0014]优化地，所述的质量片采用大密度金属材料制得。
[0015]优化地，所述质量片为圆形，所述质量片的厚度小于板体的厚度。
[0016]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
1.本发明可在1000Hz以下甚至200Hz以内形成较宽声学禁带，隔离低频振动和噪声；
2.本发明可针对工程需要，设计声学禁带的中心频带位置及禁带宽度；
3.本发明利用纤维复合材料层间及纤维复合材料层与粘弹性薄膜间的层间阻尼形成了多层强阻尼效果，可有效减小振动与噪声；
4.本复合阻尼板总厚度可小于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；
5.本发明设计简单，所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产。
[0017]
【附图说明】
[0018]图1为本发明低频减振超材料复合阻尼板的整体结构示意图。
[0019]图2为本发明低频减振超材料复合阻尼板上一个晶胞(又称质量片单元)的结构示意图。
[0020]图3为本发明低频减振超材料复合阻尼板上一个晶胞(又称质量片单元)的半剖立体图。
[0021]图4为本发明低频减振超材料复合阻尼板上一个晶胞(又称质量片单元)的半剖剖面图。
[0022]图中，丨一质量片，2一第一下复合层，3 一第二下复合层，4 一中间层，5 一第一上复合层，6—第二上复合层。
[0023]
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0025]如图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种低频减振超材料复合阻尼板，包括板体，所述板体是由第一上复合层5、中间层4和第一下复合层2构成，所述第一上复合层5和第一下复合层2均为纤维复合材料层，所述中间层4为粘弹性薄膜阻尼层，所述第一上复合层5与中间层4之间以及第一下复合层2与中间层4之间均通过粘流态阻尼胶料粘接;在所述板体上开设有孔阵列，在每一个孔中分别安装有一个质量片I，所述的质量片I嵌入在所述粘弹性薄膜阻尼层上。
[0026]本发明中，所述粘弹性薄膜阻尼层由丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶材料制成。所述纤维复合材料层的厚度为0.1?2mm。所述粘弹性薄膜阻尼层的厚度为0.1?2mm。所述第一上复合层5和第一下复合层2均是由至少2层纤维复合材料层重叠制得。所述的质量片I采用大密度金属材料制得。所述质量片I为圆形，所述质量片I的厚度小于板体的厚度。当然，根据需要，质量片I也可以制成方形或其他形状，具体的形状可根据需求设定。
[0027]实施例，如图2所示，根据本发明设计的质量片单元(又称晶胞)，其晶胞整体为方形结构，每个晶胞的边长40mm;晶胞中材料分布如图3所示；中间层选用丁腈橡胶复合材料制成粘弹性薄膜，弹性薄膜的厚度为1mm，在第一上复合层5上铺设有第二上复合层6，在第一下复合层2下方铺设有第二下复合层3，所述的第一上复合层5、第二上复合层6、第一下复合层2和第二下复合层3均为纤维复合材料层，厚度均为Imm;在中间层4上开有圆孔，圆孔直径为30mm;圆孔中有圆形铁片至于粘弹性薄膜上，圆形铁片的直径为24.5mm，厚度为1mm。将上述晶胞按照所需的排列组成如图1所示的超材料复合阻尼板，则在该阻尼板上，在100?150Hz内振动传递函数低于30dB，它能够有效隔绝该频段内的振动与噪声，形成声学禁带效果O
[0028]在实际应用中，可根据工程需求，对本发明中晶胞的几何尺寸、晶胞排列个数、禁带频率及带宽、振动衰减力度等进行设计，以达到按需生产的目的。
[0029]需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制技术方案，尽管
【申请人】参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明技术方案进行的修改或者等同替换，不能脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，包括板体，所述板体是由第一上复合层(5)、中间层(4)和第一下复合层(2)构成，所述第一上复合层(5)和第一下复合层(2)均为纤维复合材料层，所述中间层(4)为粘弹性薄膜阻尼层，所述第一上复合层(5)与中间层(4)之间以及第一下复合层(2)与中间层(4)之间均通过粘流态阻尼胶料粘接;在所述板体上开设有孔阵列，在每一个孔中分别安装有一个质量片(1)，所述的质量片(I)嵌入在所述粘弹性薄膜阻尼层上。2.根据权利要求1所述的一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，所述粘弹性薄膜阻尼层由丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶材料制成。3.根据权利要求1所述的一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，所述纤维复合材料层的厚度为0.1?2mm。4.根据权利要求1、2或3所述的一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，所述粘弹性薄膜阻尼层的厚度为0.1?2mm。5.根据权利要求4所述的一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，所述第一上复合层(5)和第一下复合层(2)均是由至少2层纤维复合材料层重叠制得。6.根据权利要求5所述的一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，所述的质量片(I)采用大密度金属材料制得。7.根据权利要求6所述的一种低频减振超材料复合阻尼板，其特征在于，所述质量片(I)为圆形，所述质量片(I)的厚度小于板体的厚度。
【文档编号】B32B5/26GK105882022SQ201610222565
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】丁渭平, 杨明亮, 吴昱东, 朱洪林
【申请人】西南交通大学