一种薄膜声学超构材料结构的制作方法

本发明涉及噪音控制，尤其涉及一种薄膜声学超构材料结构。

背景技术：

1、随着工业和运输业的飞速发展和城市化进程的加快，现代社会几乎人人都受到噪声的影响。因此，噪声控制技术在交通、建筑行业得到了广泛应用。交通运输领域特别是汽车、飞机领域，常采用传统的轻质隔音材料。传统的声学材料在高频阶段具有良好的隔声性能,但在低频阶段受质量定律限制而性能急剧下降，若想在低频提高性能则需要付出较大的重量代价。因此，同时满足高刚度、轻量化，并且具有良好隔声性能的超构材料成为了近几年学界和工业界共通的研究热点。

2、声学超构材料是由亚波长人工微结构单元组成的新一代吸隔声材料，可以用来对波动传输进行有效调控。由于其有“负等效弹性模量”和“负等效质量”等特性，故而人们可以通过设计适当的构型获得与其组成材料完全不同的特异性能。薄膜型超构材料是声学超构材料一种，由中空结构板结构在平面上周期排列而成，其隔声性能主要取决于超构材料单元的拓扑构型、几何尺寸、中空结构板材质以及薄膜的材质和张力。现有研究结果表明薄膜型声学超构材料在低频吸隔声问题上有很大的应用前景。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，但同时在隔声峰频率的左右两侧分别会形成一个隔声谷，此时隔声量几乎为零，限制了超材料的实际应用。同样由于薄膜共振隔声低谷存在，该结构只在相对较低频率范围内具有良好隔声量。

技术实现思路

1、针对现有技术中薄膜型声学超材料结构存在隔声谷的问题，本发明提供了一种薄膜声学超构材料结构。

2、本发明提供了一种薄膜声学超构材料结构，包括至少三个薄膜和多个蜂窝型框架，所述薄膜和所述蜂窝型框架依次堆叠设置，所述蜂窝型框架由单个胞元经二维周期性延拓而形成，任意相邻的两个所述蜂窝型框架中其中一个所述蜂窝型框架的胞元内分别填充有吸声颗粒。

3、可选地，所述胞元内所述吸声颗粒的填充体积为1％-100％。

4、可选地，所述胞元内所述吸声颗粒的填充体积为30％-70％。

5、可选地，所述吸声颗粒的粒径0-5mm，所述吸声颗粒的比表面积为100-5000cm3/g，所述吸声颗粒的密度为50-500kg/m3。

6、可选地，所述吸声颗粒的粒径小于0-0.6mm，所述吸声颗粒的比表面积为500-2000cm3/g，所述吸声颗粒的密度为80-120kg/m3。

7、可选地，所述吸声颗粒包括活性炭、聚氨酯泡沫、交联聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、玻璃纤维、矿物棉、多孔陶瓷中的一种或多种。

8、可选地，多个所述蜂窝型框架的胞元在所述薄膜上的投影完全重叠或部分重叠。

9、可选地，所述蜂窝型框架中单位面积内所述胞元的密度沿入射声波的传输方向逐渐增大。

10、可选地，多个所述蜂窝型框架的胞元的截面形状各自独立地选自正多边形、菱形、梯形和圆形中的一种或多种，所述正多边形包括等边三角形、正方形、正六边形中的一种。

11、可选地，多个所述蜂窝型框架的胞元的截面形状各自独立地选自正多边形，所述胞元的边长为1-100mm，所述胞元的高度为1-100mm，所述胞元的壁厚为0.04-4mm。

12、可选地，所述胞元的边长为2-7mm，所述胞元的高度为5-20mm，所述胞元的壁厚为0.04-0.1mm。

13、可选地，所述薄膜设置有四个，多个蜂窝型框架包括第一蜂窝型框架和两个第二蜂窝型框架，所述第一蜂窝型框架和所述第二蜂窝型框架的两侧分别设置有所述薄膜；所述第一蜂窝型框架设置于两个所述第二蜂窝型框架之间，所述第一蜂窝型框架的胞元中分别填充有所述吸声颗粒。

14、可选地，所述蜂窝型框架的材料选自树脂、尼龙、聚氯乙烯、轻金属中的至少一种；所述薄膜为弹性薄膜，所述薄膜的材质选自铝、锌、塑料、橡胶中的至少一种。

15、可选地，所述薄膜的厚度为0.05-2mm。

16、可选地，所述薄膜的厚度为0.1-0.5mm。

17、可选地，所述薄膜所在平面的张紧力为0-1000n/m。

18、在本发明中，通过固定约束在蜂窝型框架一侧的薄膜实现对入射声波的隔离，薄膜一阶共振频率以内薄膜近似不作振动，声波不能透过薄膜进而表现出高隔声，但在一阶共振频率附近，薄膜向外辐射达到极大，隔声达到谷值，因此一阶共振频率以内为主要工作频段。本发明通过在任意相邻的两个所述蜂窝型框架中其中一个所述蜂窝型框架的胞元内分别填充有吸声颗粒，在不影响超材料器件低频隔声性能的前提下，实现对高频声波进行吸收，提高结构整体特别是一阶共振频率附近隔声量，进而把工作频段突破到一阶共振频率以外，同时还能提高结构的刚度。本发明的薄膜声学超构材料结构，相对于传统薄膜隔声超材料，在保持低频性能同时，在高频段内同样具有非常优秀的隔声性能，选取轻质的蜂窝型框架及薄膜材料，可有效控制材料整体质量，可同时实现轻质、频广、隔声高目的，在交通运输、建筑等领域具有非常广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种薄膜声学超构材料结构，其特征在于，包括至少三个薄膜和多个蜂窝型框架，所述薄膜和所述蜂窝型框架依次堆叠设置，所述蜂窝型框架由单个胞元经二维周期性延拓而形成，任意相邻的两个所述蜂窝型框架中其中一个所述蜂窝型框架的胞元内分别填充有吸声颗粒。

2.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述胞元内所述吸声颗粒的填充体积为1％-100％。

3.根据权利要求2所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述胞元内所述吸声颗粒的填充体积为30％-70％。

4.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述吸声颗粒的粒径0-5mm，所述吸声颗粒的比表面积为100-5000cm3/g，所述吸声颗粒的密度为50-500kg/m3。

5.根据权利要求4所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述吸声颗粒的粒径小于0-0.6mm，所述吸声颗粒的比表面积为500-2000cm3/g，所述吸声颗粒的密度为80-120kg/m3。

6.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述吸声颗粒包括活性炭、聚氨酯泡沫、交联聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、玻璃纤维、矿物棉、多孔陶瓷中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，多个所述蜂窝型框架的胞元在所述薄膜上的投影完全重叠或部分重叠。

8.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述蜂窝型框架中单位面积内所述胞元的密度沿入射声波的传输方向逐渐增大。

9.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，多个所述蜂窝型框架的胞元的截面形状各自独立地选自正多边形、菱形、梯形和圆形中的一种或多种，所述正多边形包括等边三角形、正方形、正六边形中的一种。

10.根据权利要求9所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，多个所述蜂窝型框架的胞元的截面形状各自独立地选自正多边形，所述胞元的边长为1-100mm，所述胞元的高度为1-100mm，所述胞元的壁厚为0.04-4mm。

11.根据权利要求10所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述胞元的边长为2-7mm，所述胞元的高度为5-20mm，所述胞元的壁厚为0.04-0.1mm。

12.根据权利要求1-11任意一项所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述薄膜设置有四个，多个蜂窝型框架包括第一蜂窝型框架和两个第二蜂窝型框架，所述第一蜂窝型框架和所述第二蜂窝型框架的两侧分别设置有所述薄膜；所述第一蜂窝型框架设置于两个所述第二蜂窝型框架之间，所述第一蜂窝型框架的胞元中分别填充有所述吸声颗粒。

13.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述蜂窝型框架的材料选自树脂、尼龙、聚氯乙烯、轻金属中的至少一种；所述薄膜为弹性薄膜，所述薄膜的材质选自铝、锌、塑料、橡胶中的至少一种。

14.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述薄膜的厚度为0.05-2mm。

15.根据权利要求14所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述薄膜的厚度为0.1-0.5mm。

16.根据权利要求1所述的薄膜声学超构材料结构，其特征在于，所述薄膜所在平面的张紧力为0-1000n/m。

技术总结本发明提出了一种薄膜声学超构材料结构，薄膜声学超构材料结构包括至少三个薄膜和多个蜂窝型框架，所述薄膜和所述蜂窝型框架依次堆叠设置，所述蜂窝型框架由单个胞元经二维周期性延拓而形成，任意相邻的两个所述蜂窝型框架中其中一个所述蜂窝型框架的胞元内分别填充有吸声颗粒。本发明的薄膜声学超构材料结构通过在其中一个蜂窝型框架的胞元内填充吸声颗粒，达到轻质、宽频、高隔声的目的。技术研发人员：刘耀光,徐峰,沈丹蘅,宋俊,王家豪,孙敏受保护的技术使用者：广州汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5