声子晶体板复合型声学超材料结构

本发明属于用于低频噪声控制的声学超材料，具体涉及一种声子晶体板复合型声学超材料结构。

背景技术：

1、噪声污染广泛存在于航空航天、船舶工程、交通运输等实际工程领域中，对人、动物、仪器仪表以及建筑物等均构成重大危害，如若长时间处于低频噪声环境中，将会对人们的工作生活以及身心健康造成不可逆转的损害，噪声问题逐渐得到大众的关注。低频噪声具有穿透力强、传播距离远、衰减难度大等特点，传统隔声材料由于遵循质量定律原则，即材料面密度影响材料的隔声性能，在限制隔声结构重量的前提下，难以对低频范围内的噪声进行有效的控制。

2、声学超材料是由特殊设计的局域共振单元结构周期性排列在基体上。由于添加谐振单元的局域共振效应，使得结构具有不同于常规材料的声学性能，打破传统隔声材料受限于质量定律的局限性，实现了轻质要求下的低频噪声控制，对于弹性波的控制提供了新的科学方法，具有广阔的应用前景。

3、局域共振型声子晶体板是一种新型人工复合材料，具有质量轻、体积小和布置灵活等优点，在低频范围内表现出了良好的隔声性能。由于局域共振型声子晶体在特定频率下共振耗能，其隔声峰带宽较窄。为扩宽隔声带宽，将声子晶体板与折叠腔体通道复合成新型超材料结构。本发明结合传统局域共振型声子晶体，设计了一种声子晶体板复合型声学超材料结构。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决目前低频噪声难以有效隔离的问题，提出了一种声子晶体板复合型声学超材料结构，在声子晶体板结构的基础上设计折叠腔体通道结构可以实现低频宽带范围内良好的隔声效果。

2、本发明的技术方案是：

3、一种声子晶体板复合型声学超材料结构，该声子晶体板复合型声学超材料结构包括声子晶体板1、框架2和折叠腔体通道结构3；框架2位于声子晶体板1和折叠腔体通道结构3之间，将三者连接成声子晶体板复合型声学超材料。

4、进一步，所述的声子晶体板1上分布m个质量块4和m个橡胶层5。

5、进一步，所述的折叠腔体通道结构3包括n层通道层6和n+1层穿孔板7，二者交替排布；折叠腔体通道结构3中第一层穿孔板7的通孔作为入射口，最后一层穿孔板7通孔作为折叠腔体结构3的出射口，最后一层穿孔板7与框架2连接。

6、进一步，所述的通道层6是折叠型、之字型、回字形、盘绕型或不规则形状。

7、进一步，

8、所述声子晶体板1的截面形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

9、所述折叠腔体通道结构2的截面形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

10、所述框架3的截面形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

11、所述质量块4的截面形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

12、所述橡胶层5的形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

13、所述穿孔板7上的穿孔为一个或两个以上，其形状为圆形、方形、椭圆形、三角形、不规则形状中的一种或两种以上组合。

14、进一步，

15、所述声子晶体板1板体厚度和层数可调；

16、所述框架2厚度和层数可调；

17、所述质量块4高度、边长和半径可调；

18、所述橡胶层5厚度可调；

19、所述通道层6厚度和层数可调；

20、所述穿孔板7厚度和层数可调。

21、进一步，所述声子晶体板复合型声学超材料结构使用硬边界材料制备。

22、本发明的有益效果：本发明所述声子晶体板复合型声学超材料结构由声子晶体板、折叠腔体通道结构和框架三部分组成。通过声子晶体板振子局域共振和板腔耦合共振作用下实现低频宽带噪声控制，通过将空气背腔内设置折叠通道层，在不增加亥姆霍兹共振器厚度的情况下，延长声波传输路径，提高低频吸隔声性能。另外，本发明可以通过改变声子晶体板质量块质量、折叠腔体通道的通道层层数、通道层厚度以及空气背腔厚度，完成对目标频率噪声的吸收，具有针对性强，设计灵活的特点。本发明所述声学超材料单个单元结构就可以实现对低频噪声的有效控制，可通过单胞结构的周期性排列，满足现场实际的尺寸需求，提高了结构布置效率和结构的整体稳定性，可广泛应用于航空航天、船舶工程、交通运输工程结构和设备等领域。

技术特征：

1.一种声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，该声子晶体板复合型声学超材料结构包括声子晶体板(1)、框架(2)和折叠腔体通道结构(3)；框架(2)位于声子晶体板(1)和折叠腔体通道结构(3)之间，将三者连接成声子晶体板复合型声学超材料。

2.根据权利要求1所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述的声子晶体板(1)上分布m个质量块(4)和m个橡胶层(5)。

3.根据权利要求2所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述的折叠腔体通道结构(3)包括n层通道层(6)和n+1层穿孔板(7)，二者交替排布；折叠腔体通道结构(3)中第一层穿孔板(7)的通孔作为入射口，最后一层穿孔板(7)通孔作为折叠腔体结构(3)的出射口，最后一层穿孔板(7)与框架(2)连接。

4.根据权利要求3所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述的通道层(6)是折叠型、之字型、回字形、盘绕型或不规则形状。

5.根据权利要求1-4任一所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述声子晶体板(1)的截面形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

6.根据权利要求3或4所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述质量块(4)的截面形状为圆形、方形、三角形或椭圆形；

7.根据权利要求1-4所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述声子晶体板(1)板体厚度和层数可调；

8.根据权利要求3或4所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述质量块(4)高度、边长和半径可调；

9.根据权利要求1-4任一所述的声子晶体板复合型声学超材料结构，其特征在于，所述声子晶体板复合型声学超材料结构使用硬边界材料制备。

技术总结一种声子晶体板复合型声学超材料结构，包括声子晶体板、框架和折叠腔体通道结构。通过声子晶体板振子局域共振和板腔耦合共振作用下实现低频宽带噪声控制，通过将空气背腔内设置折叠通道层，在不增加亥姆霍兹共振器厚度的情况下，延长声波传输路径，提高低频吸隔声性能。本发明通过改变质量块质量、折叠腔体通道的通道层层数、通道层厚度以及空气背腔厚度，完成对目标频率噪声的吸收，具有针对性强，设计灵活的特点。本发明的声学超材料单个单元结构就可实现对低频噪声的有效控制，可通过单胞结构的周期性排列，满足现场实际的尺寸需求，提高了结构布置效率和结构的整体稳定性，可广泛应用于航空航天、船舶工程、交通运输工程结构和设备等领域。技术研发人员：崔洪宇,滕瑶,尹晓开,胡昊明,徐环球,杨添歌,王一帆,苏嘉华受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8