[发明专利]基于3D打印的三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障，采用晶胞结构来表征天然晶体中原子的定向阵列排列，从而实现吸声降噪的功能。该声子晶体型声屏障基于3D打印技术逐层制得到环氧树脂基体，以不锈钢球为分散体，其中环氧树脂基体包括上下面均有凹槽的结构中间板、顶板和顶盖板；其中，环氧树脂基体板和不锈钢球采用装配式的方式组合拼装。本发明公开的采用缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障采用三维缺陷态构型，形成局部声腔共振机制，可最大程度地对高速公路主要噪声频段500‑2000Hz的交通噪声予以有效衰减，通过声能集中的方式降低受声处的声压级，实现更有效的降噪效果。

技术领域

本发明属于噪声控制技术领域，特别涉及一种基于3D打印的三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障，具有带隙设计性强、降噪效果好和针对性强的优势，特别适用于道路交通由车辆振动而产生噪声的控制。

背景技术

近年来，我国的国民经济迅猛发展，城市化进程加快，基础设施建设也取得了长足的进步。交通基础设施建设的发展和汽车保有量的增加，体现了我国综合国力的增强和人民生活水平的提高，对促进经济增长具有良好的长期效益。但不断延伸的道路网和数量激增的车辆，无疑使得交通噪声问题日益严重，若不能采取有效的防治措施，噪声污染问题势必逐年加重。交通噪声作为一种非稳态的间歇性噪声，其声级较高，是一种有较大危害的物理性污染，对人体如人耳听觉、视觉、睡眠、心血管机能和神经系统等生理健康产生极大的不利影响，甚至易使人产生激动、易怒，甚至失去理智等的不良情绪，严重危害居民的身心健康。

在交通噪声的控制中，最常用的手段是声屏障。常见声屏障结构包括：直立型、逆L型、Y型、鹿角型、水车型和变形T型等构型。其原理是在噪声源和接收点间放置声屏障，阻断噪声传播途径，使得一部分传输的声能被反射或散射回噪声源，而其他部分从障碍物的边缘衍射或被材料吸收，或是穿过障碍物。—般降噪范围为5-15dB。传统的声屏障材料中金属板、复合板材及木板等均匀介质材料的使用频率高，但其降噪效果与材料的面密度成正相关，其面密度增加一倍，降噪效果增加6dB。但通过不断增加面密度来获得更优异降噪效果的方式，无形中增加了材料成本和制作难度，传统声屏障的局限性日益突出。而曾经推广的新型隔声技术的引入同样面临着不同程度的困难，如智能材料费用昂贵，而难以广泛使用。很明显，现阶段声屏障应用中对具有隔声效果的新材料和新结构的需求极其迫切，在噪声传播过程中，周期性阵列结构的采用对交通噪声污染的控制问题提供了一种新的思路。

声子晶体类比于光子晶体，其模拟天然晶体中原子的排列方式，在不同的弹性介质所组合而成的复合介质中，弹性波的传播出现带隙而形成声子晶体。其理想周期性结构被局部破坏后，形成声子晶体缺陷态，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。缺陷能够将带隙范围内的波限制在缺陷处，一旦远离缺陷，波就迅速衰减，如同将波囚禁在缺陷中一样。因此，利用声子晶体带隙、缺陷态的窄带滤波特性、负折射效应和声波聚焦效应等独特性质，为声子晶体在减振、降噪、集成声学器件等领域提供了广阔的潜在应用前景。

3D打印技术作为近年来迅速流行的快速成型技术，其以数字模型为基础，采用逐层制造的方式来构造产品，被视为“第三次工业革命的重要生产工具”。相比于传统的制造工艺，其在提高精度、降低成本、节约时间的同时，能够得到性能优异、复杂精细的造型。此种新型的制造方式为三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障的加工制造创造了基础条件。

发明内容

针对现阶段交通噪声降噪危害严重、降噪效率低且成本高的现状，为提高高速公路或城市道路声屏障的降噪效果，本发明采用3D打印技术，选用粘弹性材料，制作可应用于交通噪声控制的一种基于3D打印的三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障。

一种基于3D打印的三维缺陷态粘弹性声子晶体型声屏障，包括连续相基体和不连续的分散相，其中，分散相不完全阵列布置形成三维多点缺陷型。