一种用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构的制作方法

本申请属于航空噪声控制，特别涉及一种用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构。

背景技术：

1、飞机地板结构需要承受客舱人员、货物的载荷，还需抑制地板下部噪声向客舱内的辐射，同时兼顾航空材料及结构的轻质化要求。传统的吸声则主要采用多孔材料，如玻璃棉纤维、岩棉等，这些材料主要靠声波在孔隙中传播时动能转化为热能的方式来实现声波衰减，一般孔隙越小，结构越厚，吸声效果越好，但是这种类型的材料往往不能用于承力构件，其承载能力较差。随着减振降噪技术的不断发展，以及航空、航天、船舶及轨道交通等行业对减振降噪材料的要求日益增高，不仅要求减振降噪效果要更好，而且还需要结构质量足够轻，并且具有一定的承载能力。

2、本报告提出的新型声学超材料为将吸声、轻质与承载相结合提供了新的可能。声学超材料的特点为在特定频率的弹性波激励下，各个散射体产生共振，并与弹性波长波行波相互作用，从而抑制弹性波的传播。它可通过人工设计获得自然界中物质迥然不同的超常物理特性，利用更小的质量和体积代价实现多种功能的一体化设计，实现小尺寸控制大波长，大大提高了减振降噪的灵活性。其中，典型的薄膜型声学超材料结构是由固定在硬质框架上的张紧薄膜和附加在薄膜上的质量块构成局部单元，通过各个单元的局部共振来进行隔声。这种结构虽然可以在低频产生隔声峰，但并不具备相应的承载能力，限制了超材料的实际应用。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供了一种用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，

2、所述新型声学超材料结构有多个单胞经二维周期性延拓而成，所述单胞包括：

3、平行等间距设置的上壁板、中壁板以及下壁板；

4、中线重合十字交叉设置于上壁板与下壁板之间的第一竖板以及第二竖板，

5、上壁板、中壁板、下壁板、第一竖板以及第二竖板形成八个安装格，每个安装格内具有一个八隅四面体结构。

6、优选的是，八隅四面体结构包括四个三角形壁面，每个三角形壁面的中心具有共振腔，每个所述共振腔的壁面上具有共振锤，所述共振锤包括锤柄与圆柱体的锤头，锤柄一端固定在共振腔壁面，另一端固定在锤头上，锤头的轴线与三角形壁面垂直。

7、优选的是，共振锤包括对称分布在共振腔内的两个。

8、优选的是，八隅四面体结构的四个顶点分别连接在安装格的四个顶点处，四个顶点包括：中壁板、第一竖板以及第二竖板形成的顶点；上壁板与第一竖板端面形成的顶点；上壁板与第二竖板端面形成的顶点；中壁板最外侧的顶点。

9、优选的是，上壁板、中壁板、下壁板、第一竖板以及第二竖板均为面积相同的正方形，上壁板、中壁板以及下壁板等间距平行设置，形成正方体的安装格。

10、优选的是，所述三角形壁面为等边三角形。

11、优选的是，所述三角形壁面壁厚为tt满足：其中，lc为安装格边长。

12、优选的是，锤柄的长度满足lnt＝tt。

13、优选的是，所述新型声学超材料采用光敏树脂或者尼龙制成。

14、优选的是，所述新型声学超材料包括但不限于3d打印的一体结构。

15、本申请的新型声学超材料结构是基于声学超材料的亚波长局域共振原理和实际应用条件的要求提出的一个创新结构方案，由若干个单胞经二维周期排列构成，表现为由立方体和八隅四面体周期性结构组合而成的设计形式，其中八隅四面体起支撑作用；所用材料都是常规材料，如光敏树脂、尼龙等，成本低廉且环保；整体结构轻盈、厚度小，更加满足实际工程应用要求；其结构单元实现了宽带、高吸声性能、高承载力等，为航空、航天、船舶及轨道交通等领域的吸声承载问题提供了一种新的研究思路。

技术特征：

1.一种用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，

2.如权利要求1所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，八隅四面体结构(6)包括四个三角形壁面(71)，每个三角形壁面(71)的中心具有共振腔，每个所述共振腔的壁面上具有共振锤，所述共振锤包括锤柄(72)与圆柱体的锤头(73)，锤柄(72)一端固定在共振腔壁面，另一端固定在锤头(73)上，锤头(73)的轴线与三角形壁面(71)垂直。

3.如权利要求2所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，共振锤包括对称分布在共振腔内的两个。

4.如权利要求1所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，八隅四面体结构(6)的四个顶点分别连接在安装格的四个顶点处，四个顶点包括：中壁板(3)、第一竖板(2)以及第二竖板(5)形成的顶点；上壁板(1)与第一竖板(2)端面形成的顶点；上壁板(1)与第二竖板(5)端面形成的顶点；中壁板(3)最外侧的顶点。

5.如权利要求1所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，上壁板(1)、中壁板(3)、下壁板(4)、第一竖板(2)以及第二竖板(5)均为面积相同的正方形，上壁板(1)、中壁板(3)以及下壁板(4)等间距平行设置，形成正方体的安装格。

6.如权利要求5所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，所述三角形壁面(71)为等边三角形。

7.如权利要求7所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，所述三角形壁面(71)壁厚为tt满足：其中，lc为安装格边长。

8.如权利要求6所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，锤柄(72)的长度满足lnt＝tt。

9.如权利要求1所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，所述新型声学超材料采用光敏树脂或者尼龙制成。

10.如权利要求1所述的用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，其特征在于，所述新型声学超材料包括但不限于3d打印的一体结构。

技术总结本申请属于航空噪声控制技术领域，特别涉及一种用于吸声轻质及承载的新型声学超材料结构，所述新型声学超材料结构有多个单胞经二维周期性延拓而成，所述单胞包括：平行等间距设置的上壁板(1)、中壁板(3)以及下壁板(4)；中线重合十字交叉设置于上壁板(1)与下壁板(4)之间的第一竖板(2)以及第二竖板(5)，上壁板(1)、中壁板(3)、下壁板(4)、第一竖板(2)以及第二竖板(5)形成八个安装格，每个安装格内具有一个八隅四面体结构(6)，其结构单元实现了宽带、高吸声性能、高承载力等，为航空、航天、船舶及轨道交通等领域的吸声承载问题提供了一种新的研究思路。技术研发人员：孙向洋,燕群,延浩,余寅强受保护的技术使用者：中国飞机强度研究所技术研发日：技术公布日：2024/2/1