[发明专利]一种薄层超材料吸声结构

说明书

一种薄层超材料吸声结构，其特征在于薄层超材料吸声结构由多个吸声结构单元平行周期排列组成，各单元之间通过通过胶水粘接或焊接在一起；吸声结构单元由矩形盒子、L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、盖板组成；L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质位于矩形盒子内，盖板粘接在矩形盒子上；矩形盒子、L型板、盖板材料相同；4种介质材料相同，均为矩形；L型板由第一侧面和第二侧面垂直相接成L型，L型板的第二侧面垂直立于矩形盒子的下底面上，第一侧面与矩形盒子的下底面平行。与相同长宽和厚度的聚氨酯泡沫或者纤维相比，本发明能够对中低频噪声更高效地吸收，平均吸声系数更大。

技术领域

本发明涉及振动与噪声控制领域，尤其涉及一种薄层超材料吸声结构。

背景技术

随着航空航天、舰艇船舶、铁路运输、车辆工程等领域的装备向高速化、大型化以及重载化等运行环境发展，引起的噪声问题日益突出。这些装备舱室低噪声品质是现代装备发展的一个重要目标，其对装备的整体品质、乘员的舒适性和健康至关重要。在舱室内部敷设吸声材料，是解决舱室高噪声的重要技术途径之一。

目前，传统多孔材料主要包括各种泡沫和纤维，其特点是材料内部有大量的、互相贯通的、向外敞开的微孔，即材料具有一定的透气性。多孔材料在高频区吸声系数较大，如果要增加低频吸声性能，则需要增加厚度，厚度每增加1倍，最大吸收频率约向低频移动一个倍频程。材料高度应大于工作波长的1/4最佳，这导致对于低频噪声而言需要较大高度，不利于实际空间利用。例如现在高铁、舰船、飞机等运输工具舱室噪声主要是3000Hz以下的低频宽带噪声，所需要的吸声材料要尽可能小于30mm。而现在高铁、舰船、飞机等运输工具铺设在舱室中的吸声材料厚度通常在50mm以上，如果能够铺设更小厚度的吸声材料对舱室内的噪声实现更高效的吸收，将会增加舱室内空间的利用率，给乘员提供一个宽敞舒适的环境。因此设计一种能够满足低频降噪要求的薄层超材料吸声结构是本领域技术人员极为关注的问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种薄层超材料吸声结构，其不仅能够对低频宽带噪声进行吸收，而且结构整体厚度小，能够满足小厚度结构对低频噪声吸收的要求。

本发明所述的薄层超材料吸声结构由m×n个吸声结构单元平行周期排列组成，各单元之间可通过胶水粘接，也可焊接。m大于等于1，n大于等于1。吸声结构单元由矩形盒子、L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、盖板组成。L型板、第一介质、第二介质、第三介质、第四介质均位于矩形盒子内，盖板粘接在矩形盒子的第一侧面上。矩形盒子、L型板、盖板材料相同；第一介质、第二介质、第三介质、第四介质材料相同。

矩形盒子材料可选用合金钢、铸铁、铝、碳钢等金属，所选材料满足：弹性模量E范围70GPa≤E≤220GPa，泊松比η范围0.2≤η≤0.4，密度ρ满足2500kg/m³≤ρ≤8500kg/m³。矩形盒子长为a1、宽为d1、高为h1，壁厚为δ，且a1、d1、h1、δ分别满足10mm≤a1≤100mm、10mm≤d1≤100mm、20mm≤h1≤30mm、0.5mm≤δ≤2mm。矩形盒子的第二到第四侧面封闭，第一侧面完全开口。矩形盒子的上底面开口，开口长度为a3，开口宽度为d3，a3满足d3满足d3＝d1-δ。

由第一型面和第二型面垂直相接成L型，第一型面和第二型面厚度为d2，也可由一块厚度为d2的平板弯曲成L型，d2满足0.5≤d2≤2mm。L型板的第一型面长度为a2，第二型面长度为h2，a2满足d2＜a2＜a1-2δ-a3，h2满足d2＜h2＜h1-2δ。L型板的第一型面和第二型面的宽度均与矩形盒子的上底面的开口宽度相等，同为d3。L型板的第二型面垂直立于矩形盒子的下底面上，L型板的第一型面与矩形盒子的下底面平行，与矩形盒子的下底面相距h2-d2，且L型板的第一型面到矩形盒子的上底面的内壁面的距离为h4，h4满足h4＝h1-h2-2δ。L型板的第二型面到矩形盒子第二侧面的内壁面的距离为a3，等于矩形盒子的上底面111上开口的长度。