新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的车用减振板的制作方法

本发明涉及一种声学功能材料结构设计领域，特别涉及一种新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的车用减振板。

背景技术

随着汽车的大批量生产，车辆运行中的噪声以及振动问题越来越受到人们重视。车辆在行驶过程中的车内噪声与振动是评价车辆乘坐舒适性的关键所在。越来越多的学者着手研究如何抑制车内振动、降低车内噪声。通常情况下，车内500hz以上高频噪声中空气声占主要成分，而500hz以下的中、低频噪声则主要来源于结构噪声。

近些年来，声学功能材料的发展势头很猛，声子晶体作为其中之一，得到了越来越多学者的关注。声子晶体是一种由两种以及以上材料周期排列的人工复合材料。由于其可以产生禁止弹性波传递的带隙，因此在减振降噪方面上有着良好的应用前景。

根据带隙产生的机理，声子晶体可分为两种类型：布拉格散射型和局域共振型。两者均是结构周期性和单个散射体的mie散射共同作用的结果，但前者主要是结构的周期性起着主导作用，当入射弹性波的波长与结构的特征长度(晶格常数)相近时，将受到结构强烈的散射；而后者主要是单个散射体的共振特性起主导作用。要在较低频域产生布拉格带隙，需要较大的晶格尺寸，这给实际应用带来很大困难。而局域共振声子晶体能用较小的晶格尺寸在较大的波长下产生带隙，因此在较低频隔音降噪和减振等方面具有重要的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型局域共振声子晶体结构，该新型局域共振声子晶体结构可以获得较低频的宽带隙特性，在低频减振降噪方面有着良好的前景。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种新型局域共振声子晶体结构，包括方形外框架，所述方形外框架的中央设有将方形外框架的轮廓等比缩小的方形散射体，所述方形外框架与方形散射体之间固定连接有弹性梁，所述弹性梁包括若干连接段以及至少两个依次围绕于方形散射体外周壁的环形段，相邻所述环形段之间间隔设置，最靠近于所述方形散射体的环形段与方形散射体之间间隔设置，最靠近于所述方形外框架的环形段与方形外框架之间间隔设置，相邻所述环形段之间通过所述连接段固定连接，最靠近于所述方形散射体的环形段与方形散射体之间通过所述连接段固定连接，最靠近于所述方形外框架的环形段与方形外框架之间通过所述连接段固定连接，所述弹性梁与方形外框架一体设置且材料均为硅橡胶，所述方形散射体的材料为钢。

进一步设置为：所述环形段的数量为三个且从方形散射体至方形外框架依次分别为第一环形段、第二环形段与第三环形段，位于所述第一环形段与方形散射体之间的连接段的一端连接于第一环形段的内周壁、另一端连接于方形散射体侧壁沿其长度方向的中间位置，位于所述第三环形段与方形外框架之间的连接段的一端连接于第三环形段的外周壁、另一端连接于方形外框架内侧壁沿其长度方向的中间位置。

进一步设置为：所述第一环形段和方形散射体之间的连接段沿方形散射体的中心对称设置且该连接段与位于第一环形段和第二环形段之间的连接段相互垂直，位于第一环形段和第二环形段之间的连接段沿方形散射体的中心对称设置，位于第一环形段和第二环形段之间的连接段与位于第二环形段和第三环形段之间的连接段相互垂直，位于第二环形段和第三环形段之间的连接段沿方形散射体的中心对称设置，位于第二环形段和第三环形段之间的连接段与位于第三环形段和方形外框架之间的连接段相互垂直，位于第三环形段和方形外框架之间的连接段沿方形散射体的中心对称设置，所述连接段的长度与宽度均为0.5mm，所述环形段与方形外框架的宽度均为0.5mm，所述方形外框架与方形散射体的截面形状均为正方形，所述方形外框架的边长为22mm，所述方形散射体的边长为8mm。。

进一步设置为：所述第一环形段的外圈直径为13mm，所述第二环形段的外圈直径为16mm，所述第三环形段的外圈直径为19mm。

本发明的另一目的是提供一种可有效抑制车内噪声与底盘振动的车用减振板。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种车用减振板，包括新型局域共振声子晶体结构，所述新型局域共振声子晶体结构沿截面的朝向延伸设置形成一长条形，所述新型局域共振声子晶体结构沿垂直于延伸方向排列设置有若干条，相邻所述新型局域共振声子晶体结构之间一体设置，若干所述的新型局域共振声子晶体结构形成一结构层，所述的结构层设置有至少两层，相邻所述结构层之间一体设置。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明的新型局域共振声子晶体结构具有良好的宽带隙特性，该新型局域共振声子晶体结构以正方形晶格形式按周期性排列，形成的结构具有抑制车内的噪声与底盘振动，给车内人员提供更加舒适的环境。

附图说明

图1为实施例一的立体图；

图2为实施例一的主视图；

图3为实施例二的立体图；

图4为实施例一的材料属性图；

图5为实施例一的能带结构图；

图6为实施例一的传输特性曲线图。

图中：1、方形外框架；2、方形散射体；3、弹性梁；31、连接段；32、环形段；321、第一环形段；322、第二环形段；323、第三环形段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参考图1和图2，一种新型局域共振声子晶体结构，包括方形外框架1，方形外框架1的中央设有将方形外框架1的轮廓等比缩小的方形散射体2，方形外框架1与方形散射体2的截面形状均为正方形；方形外框架1的内侧壁与方形散射体2的外侧壁之间连接有弹性梁3，弹性梁3包括若干连接段31以及至少两个依次围绕于方形散射体2外周壁的环形段32，连接段31为直线形、环形段32为圆环形。

环形段32的数量为三个且从方形散射体2至方形外框架1依次分别为第一环形段321、第二环形段322与第三环形段323，第一环形段321与方形散射体2之间间隔设置、第一环形段321与第二环形段322之间间隔设置、第二环形段322与第三环形段323之间间隔设置、第三环形段323与方形外框架1之间间隔设置。第一环形段321与方形散射体2之间固定连接有所述的连接段31且该连接段31的一端连接于第一环形段321的内周壁、另一端连接于方形散射体2外侧壁沿其长度方向的中间位置。第一环形段321与第二环形段322之间固定连接有所述的连接段31且该连接段31的一端连接于第一环形段321的外周壁、另一端连接于第二环形段322的内周壁。第二环形段322与第三环形段323之间固定连接有所述的连接段31且该连接段31的一端连接于第二环形段322的外周壁、另一端连接于第三环形段323的内周壁。第三环形段323与方形外框架1之间固定连接有所述的连接段31且该连接段31的一端连接于第三环形段323的外周壁、另一端连接于方形外框架1内侧壁沿其长度方向的中间位置。

位于第一环形段321和方形散射体2之间的连接段31沿方形散射体2的中心对称设置且该连接段31与位于第一环形段321和第二环形段322之间的连接段31相互垂直，位于第一环形段321和第二环形段322之间的连接段31沿方形散射体2的中心对称设置。位于第一环形段321和第二环形段322之间的连接段31与位于第二环形段322和第三环形段323之间的连接段31相互垂直，位于第二环形段322和第三环形段323之间的连接段31沿方形散射体2的中心对称设置。位于第二环形段322和第三环形段323之间的连接段31与位于第三环形段323和方形外框架1之间的连接段31相互垂直，位于第三环形段323和方形外框架1之间的连接段31沿方形散射体2的中心对称设置，弹性梁3与方形外框架1一体设置且材料均为硅橡胶，方形散射体2的材料为钢。

连接段31的长度与宽度均为0.5mm，环形段32与方形外框架1的宽度均为0.5mm，方形外框架1的边长为22mm，方形散射体2的边长为8mm，第一环形段321的外圈直径为13mm，第二环形段322的外圈直径为16mm，第三环形段323的外圈直径为19mm。

为了清楚表示将方形外框架1的边长记作a、方形散射体2的边长记作b、第三环形段323的外圈直径记作c、第二环形段322的外圈直径记作d、第一环形段321的外圈直径记作e。a=22mm，b=8mm，c=19mm，d=16mm，e=13mm。

通过限元法计算了该新型局域共振声子晶体结构的带隙，该新型局域共振声子晶体结构使用的材料属性如图4所示，结构尺寸参数与上文所述一致。

图5是该声子晶体带隙图。由图可知，该在0hz～2900hz的范围内一共有8条共振带，这8条共振带形成了两条共振带隙。272.6hz～519hz是第一带隙，520.7hz～805hz是第二带隙。这两条带隙处于车内噪声的频率范围内，所以该新型局域共振声子晶体结构可以达到抑制车内噪声的目的。

为了验证带隙结构计算的正确性，计算了该新型局域共振声子晶体结构的传输谱。本发明提出的新型局域共振声子晶体在1000hz以内产生了较宽的带隙，说明其应用于车内噪声与振动的抑制将具有优越的宽带特性。接来下将结合该声子晶体有限结构的传输谱图对其降噪减振性能进行分析。

首先建立一个在x方向具有20个周期、y方向具有2两个周期单元结构的模型。再在y方向上端施加一个值为0.001m/s2的加速度，扫描频率从1hz到1200hz。在y方向上端选取一个监测点，监测其加速度幅值随频率的变化。

图6就是根据监测点变化得出的传输谱图。传输谱的峰值代表投射系数衰减的程度。当传输谱中出现一段衰减程度最大的频率范围，则称之为完全带隙。

由图可知，最小起始频率与带隙计算的结果基本一致。透射系数从255hz开始出现明显的衰减，直到800hz透射系数一直处于0db以下。由于第一条带隙与第二条带隙之间的通带很窄，所以在传输谱中衰减范围对应的就是两个带隙的范围。

综上所述，带隙的起始于截止频率与带隙计算的结果基本吻合，也证实了该结构可以用于抑制车内噪声与底盘振动。

实施例二

参考图3，一种车用减振板，包括新型局域共振声子晶体结构，所述新型局域共振声子晶体结构沿截面的朝向延伸设置形成一长条形，所述新型局域共振声子晶体结构沿垂直于延伸方向排列设置有若干条，相邻所述新型局域共振声子晶体结构之间一体设置，若干所述的新型局域共振声子晶体结构形成一结构层，所述的结构层设置有至少两层，相邻所述结构层之间一体设置。

本发明所提出的新型局域共振声子晶体结构具有良好的宽带隙特性，正好可以应对车内振动与噪声的频率范围较宽这一问题。该声子晶体以正方形晶格形式按周期性排列，形成的结构具有抑制车内的噪声与底盘振动，给车内人员提供更加舒适的环境。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。