[發明專利]具有低頻減振降噪及隔聲功能的超材料型輕質結構

有效

• 申請號: 201910066479.1
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109616092B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 肖勇;溫激鴻;胡洋華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發明屬于振動與噪聲控制領域，公開了具有低頻減振降噪及隔聲功能的超材料型輕質結構，包括基體結構1、振子質量塊2a、振子梁片2b、支撐結構2c、振子單元2，振子質量塊2a、支撐結構2c分別與振子梁片2b相連接后一同構成振子單元2，并且振子單元2沿橫向和縱向方向周期性或近似周期性布置于基體結構1上。通過合理調節振子單元的結構、材料及排布，既能有效提高板殼結構對低頻振動與輻射噪聲的抑制效果(減振、降噪)，又能顯著增強結構的透射噪聲抑制效果(隔聲)，進而可用以改善裝備的振動與噪聲環境，提高裝備的使用性能和舒適性。

技術領域

本發明涉及振動與噪聲控制領域，尤其涉及具有低頻減振降噪及隔聲功能的超材料型輕質結構。

背景技術

隨著現代裝備日益向大型、輕質、重載、高速方向發展，其面臨的振動與噪聲問題日益突出(振動與噪聲量級過高)。裝備的振動與噪聲量級過高，會大幅降低其使用性能和舒適性，甚至影響裝備的安全性乃至整機品質。板殼結構是構成裝備的主要結構，也是引發裝備振動與噪聲問題的主要來源；工程中必須對裝備的板殼結構進行減振降噪設計，即提高板殼結構對低頻振動與噪聲(輻射噪聲和透射噪聲)的抑制能力，從而改善裝備振動與噪聲環境，提高裝備的使用性能和舒適性。

裝備中常用的板殼結構主要有均質板、加筋板、多孔泡沫材料夾層板、蜂窩夾層板、多孔點陣結構夾芯板等，為了減少這些板殼結構的振動響應，抑制其噪聲輻射，提高其隔聲(抑制噪聲透射)性能，采用的傳統技術措施通常包括：修改結構參數、增加板殼厚度、貼敷阻尼層，但是受結構設計空間、質量條件限制，這些傳統措施均難以實現低頻范圍的高效減振、降噪及隔聲效果。

近年來，“聲學超材料”新概念的提出為結構的低頻振動與噪聲控制提供了新的技術手段和途徑。聲學超材料是指由特殊設計的人工聲學微結構單元(如局域共振子單元，或簡稱振子)周期排列在彈性介質中構成的新型聲學材料或結構，能獲得自然界材料不具有的超常物理特性(如負質量密度、負折射、負模量)，可以實現對低頻彈性波和聲波的超常操控，進而產生優異的減振降噪效果。已有文獻的初步研究表明，借鑒聲學超材料設計思想，在簡單梁、板結構上周期排布振子單元，可以使這些結構產生類似于聲學超材料的超常物理特性，實現對低頻彈性波和聲波的超常操控。本發明將聲學超材料設計思想引入到實際工程中的板殼結構，基于附加周期排布特殊構型振子單元的創新設計方法，打破傳統設計的局限，大幅提升現代裝備的低頻減振、降噪及隔聲效果。

綜上所述，裝備的減振降噪和隔聲是減振降噪領域廣泛關注的問題。因為受裝備結構設計空間、質量條件等限制，僅采用修改結構參數、增加板殼厚度和貼敷阻尼層等傳統減振降噪技術措施，難以實現低頻段的減振降噪和隔聲效果。因此針對低頻段的裝備減振降噪和隔聲，是本領域技術人員極為關注的技術問題，現有技術沒有公開本發明中所提出的用于裝備低頻減振降噪及隔聲的超材料型輕質結構。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述背景技術中的不足，提供具有低頻減振降噪及隔聲功能的超材料型輕質結構，其既具有良好的減振、降噪性能(高效抑制板殼的低頻振動及其引起的輻射噪聲)，又具有良好的隔聲性能(高效抑制板殼的透射噪聲)，并且結構尺寸小。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

具有低頻減振降噪及隔聲功能的超材料型輕質結構，所述超材料型輕質結構包括基體結構1、振子質量塊2a、振子梁片2b、支撐結構2c、振子單元2，振子質量塊2a、支撐結構2c分別與振子梁片2b相連接后一同構成振子單元2，并且振子單元2沿橫向和縱向方向周期性或近似周期性布置于基體結構1上。

進一步地，所述基體結構1的結構形式可為均質板、加筋板、多孔泡沫材料夾層板、蜂窩夾層板、多孔點陣結構夾芯板等板殼結構，也可為格柵或桁架結構；所述振子質量塊2a可為固體結構或密閉固體空腔內填充液體后的固液結構，振子梁片2b為矩形薄層梁片。