基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料的制作方法

本发明涉及减振和隔声，具体涉及基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料。

背景技术：

1、在飞机巡航及高速列车行驶过程中，发动机叶片、湍流、轨道摩擦等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声，严重影响驾乘舒适性。传统的吸声材料以多孔材料为主，难以解决低频噪声的难题。薄膜型声学超材料是一种新型的声学人工微结构，具备厚度薄、质量轻及有效负质量等奇异物理特性，能有效阻隔低频噪声。然而，现有的薄膜型声学超材料面临吸收峰频率带宽窄、薄膜刚度低等问题。因此，亟需研发新型减振降噪材料，以满足飞机舱室及高速列车客舱等复杂声振环境的要求。

2、专利文献cn110472305a公布了基于遗传算法的薄膜型声学超材料尺寸优化方法，该发明根据特定频段的隔声要求，自动搜寻满足条件的薄膜-振子结构的几何参数(薄膜半径、薄膜厚度、振子半径、振子厚度)。然而，该声学超材料所考虑的薄膜-振子结构稳定性和刚度较差，限制了该结构的实际使用效果。专利文献cn111883094a公布了一种蜂窝折边式结构薄膜声学超材料，该结构通过改变折边角度来调节隔声峰对应的频率移动。然而，该声学超材料可调节的频率范围过窄，难以满足较宽频率范围内的降噪需求。专利文献cn113192480a公开了一种基于希尔伯特自相似分形的盘绕型声学超材料，该材料利用希尔伯特分形结构延长声波传播的距离，属于盘绕型声学超材料，吸声效果主要来源于卷绕通道的热粘性耗散。本技术实现要素：中，希尔伯特分形结构为薄膜提供了弹性支撑框架，隔声量主要来源于薄膜的共振，与盘绕型声学超材料的吸声机理有本质区别。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，可兼顾结构轻质、稳定性强、薄层等特点的同时，在较宽频带范围内，对隔声峰值的频率进行调控。

2、本发明的技术方案如下：本发明实施例提供了基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，由若干周期性单元阵列拓扑而成；一周期性单元包括基于希尔伯特分形生成的弹性框架和附着其上的弹性薄膜。

3、本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

4、基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，该方法包括如下步骤：

5、步骤一：在边长为l的方形区域内侧生成宽度为w的外框架。

6、步骤二：在外框架内边长为l-2*w的区域中生成n阶希尔伯特分形结构。

7、步骤三：基于n阶希尔伯特分形结构生成宽度为w的内框架。

8、步骤四：在外框架和内框架组合的弹性框架上覆盖厚度为t，面积为l*l的弹性薄膜。

9、本发明的有益效果如下：

10、(1)本发明提出的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，基于希尔伯特分形产生弹性框架，提高了结构的整体刚度和稳定性。

11、(2)利用本发明的方法得到的薄膜型超材料，通过改变希尔伯特分形的阶数n，弹性框架的宽度w及薄膜厚度t，可在宽频范围内调节隔声峰值对应的频率。

技术特征：

1.基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，由若干周期性单元阵列拓扑而成；周期单元包括基于希尔伯特分形生成的弹性框架和弹性薄膜，所述弹性薄膜粘附在弹性框架上。

2.根据权利要求1所述的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，所述周期性单元的设计步骤如下：

3.根据权利要求1所述的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，所述弹性框架的材料为轻质的铝合金、碳纤维、树脂等。

4.根据权利要求1所述的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，所述柔性薄膜的材料为涤纶树脂、热可塑性聚氨酯、碳纳米管薄膜或尼龙等。

5.根据权利要求1所述的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，所述柔性薄膜的厚度为0.01mm～0.5mm。

6.根据权利要求1所述的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，所述周期性单元的形状包括但不限于设计为矩形、六边形、三角形、方形。

7.根据权利要求1所述的基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，其特征在于，所述薄膜型声学超材料可进行层叠实现多层薄膜型声学超材料。

技术总结本发明公开属于用于低频噪声控制的声学超材料技术领域，基于希尔伯特分形弹性框架的薄膜型声学超材料，通过在方形区域内基于N阶希尔伯特分形生成厚度为d,宽度为w的弹性框架，在弹性框架上覆盖厚度为t的薄膜，形成薄膜型声学超材料。基于希尔伯特分形生成的弹性框架有效提高了薄膜型超材料的整体结构稳定性，通过改变希尔伯特分形的阶数N，弹性框架的宽度w及薄膜厚度t，可在宽频范围内调节隔声峰值对应的频率。通过将多层薄膜型声学超材料层叠在一起，可在宽频率范围内引入多个隔声量峰值。技术研发人员：唐昆,李宜彬,徐惠彬受保护的技术使用者：天目山实验室技术研发日：技术公布日：2024/3/4