[发明专利]一种低频减振吸声一体化的声子晶体复合降噪结构及设计方法

权利要求书

1.一种低频减振吸声一体化的声子晶体复合降噪结构的设计方法，

所述声子晶体复合降噪结构包括声子晶体板(1)、吸声通道(2)和微穿孔板(3)，所述吸声通道(2)的一侧设置声子晶体板(1)，另一侧设置微穿孔板(3)；

所述声子晶体板(1)由多个单胞结构(1a)呈矩形阵列排布；

所述吸声通道(2)包括空腔(2a)、封闭板体(2b)和半封闭板体(2c)，所述空腔(2a)内间隔设置有多块封闭板体(2b)，相邻两块封闭板体(2b)之间至少设置有两块半封闭板体(2c)，相邻两块半封闭板体(2c)错开设置；

所述微穿孔板(3)的板面上设置有多组微孔结构(3a)，每组微孔结构(3a)由多个呈矩形阵列排布的微孔组成；

至少有一组微孔结构(3a)位于相邻两块封闭板体(2b)之间；

其特征在于：

所述设计方法包括以下步骤：

S1、基于有限元方法，采用商业软件COMSOL Multiphysics，建立声子晶体板(1)的声振特性分析模型，根据外部结构振动和声激励的峰值频率，确定声子晶体板(1)设计的减振降噪目标频率，将声子晶体板(1)的材料和几何参数作为输入参数，将声子晶体板(1)的减振降噪频率和性能作为优化目标，采用多目标优化设计方法开展优化设计，如公式(1)所示：

Minf(x_i)

式中，x_i为第i个设计变量，即材料和几何参数，n为设计变量的总数；和/

为第i个设计变量取值的下限和上限；f(x_i)为目标函数，Minf(x_i)表示目标函数的最优解；c_j(x_i)为第i个设计变量的约束条件，m为设计变量约束条件的总数；和/分别对应约束条件的下限和上限；材料参数包括声子晶体板(1)、吸声通道(2)和微穿孔板(3)的密度和模量，几何参数包括声子晶体板(1)、吸声通道(2)和微穿孔板(3)的长度、宽度，声子晶体板(1)中的铅球(1a2)的半径，以及吸声通道(2)中的谐振器(2b1)的共鸣腔深度；

S2、基于有限元方法，采用商业软件COMSOL Multiphysics，建立微穿孔板(3)与吸声通道(2)的复合结构的声振特性分析模型，根据内部混响声场激励峰值频率，确定微穿孔板(3)与吸声通道(2)设计的降噪目标频率，将微穿孔板(3)与吸声通道(2)的复合结构的材料和几何参数作为输入参数，将复合结构的吸声频率和性能作为优化目标，采用多目标优化设计方法开展优化设计，同样使用公式(1)；

S3、基于有限元-边界元方法，采用商业软件COMSOL Multiphysics，将声子晶体板(1)作为背板、吸声通道(2)作为腔体、微穿孔板(3)作为面板，建立完整的低频减振吸声一体化复合结构声振特性分析模型，在模型中，同时加载外部结构振动和声激励、内部混响声场激励，并在吸声通道(2)腔体中心位置建立一个响应点，读取该响应点的噪声结果，通过对比分析上述响应点的噪声结果是否满足室内噪声控制要求，主要考虑峰值频率的降噪效果，决定是否进一步优化声子晶体板(1)、吸声通道(2)和微穿孔板(3)，如需优化，则返回S1或者S2步骤进行部件二次优化。

2.根据权利要求1所述的一种低频减振吸声一体化的声子晶体复合降噪结构的设计方法，其特征在于：所述单胞结构(1a)为正方体结构。

3.根据权利要求2所述的一种低频减振吸声一体化的声子晶体复合降噪结构的设计方法，其特征在于：所述单胞结构(1a)包括硅橡胶层(1a1)、铅球(1a2)和环氧树脂层A(1a3)，所述硅橡胶层(1a1)包覆于铅球(1a2)的外侧，所述硅橡胶层(1a1)和铅球(1a2)所形成的整体嵌入环氧树脂层A(1a3)内。

4.根据权利要求2所述的一种低频减振吸声一体化的声子晶体复合降噪结构的设计方法，其特征在于：所述单胞结构(1a)包括纺锤形质量块(1a4)、聚氨酯层(1a5)和环氧树脂层B(1a6)，所述聚氨酯层(1a5)以正方体结构包覆在纺锤形质量块(1a4)的外侧，所述纺锤形质量块(1a4)和聚氨酯层(1a5)所形成的整体嵌入环氧树脂层B(1a6)内。