一种复杂多模耦合声学超材料板的制作方法

1.本发明属于振动噪声控制和功能复合材料交叉技术领域，具体涉及一种复杂多模耦合声学超材料板。


背景技术：

2.如今，舒适性甚至已经成为客户需求的第一要素。因此，与舒适性直接相关的汽车nvh性能一直受到广大用户的高度关注。另外，汽车的nvh性能还密切影响着驾驶员的安全和身心健康。长期驾驶nvh性能差的车辆，容易分散驾驶员的注意力，增加交通安全事故的发生率，也容易使驾驶员及乘客产生失眠、多梦、记忆力衰退等疾病。
3.而中低频振动波因其穿透能力强且难以衰减的特点又一直是汽车振动噪声治理的热点、难点问题。在工程应用中，对车身壁板件低频振动的传统减振处理主要有3种方式：
4.第一，使用传统阻尼减振材料或橡胶减振材料，利用阻尼材料粘敷到结构件上消耗衰减结构的振动能量并降低其辐射噪声。但理论和试验研究均表明，该方式对高频振动的衰减较为明显，但在低频段效果欠佳。
5.第二，对车内噪声贡献较大的车身壁板上增加肋板或加强筋，通过增加局部刚度的形式提高其在低频段的固有频率。但实际操作中，频率提升幅度受限，且大幅度更改壁板件的结构会使生产成本急剧增加，严重影响企业的经济效益。
6.第三，在壁板结构上安装动力吸振器。但其作用频带狭窄，且在安装空间、轻量化、耐久性及成本控制等方面存在诸多制约。
7.声学超材料的出现为中低频振动噪声控制带来了新的思路和方法。通过改变材料中的“人工晶胞”，形成奇特的吸隔振超颖材料带隙特性。
8.现有的车用声学超材料低频隔声减振结构中一个晶胞单元对应只有一个设计频率，如果要实现多个频率振动的吸收，只能通过单元并联或结构阵列方式拓宽禁带，但这种方式一方面会增加超材料结构占用空间，限制其适用范围，另一方面拓宽后的频带依旧比较窄，模态不够丰富，抑振效果一般。
9.因此，需要一种既能用于狭小空间，又具有较宽声学禁带的声学超材料结构，这种声学超材料适用范围更广的，抑振效果也更好。


技术实现要素：

10.本发明的目的是解决上述问题，提供一种适用范围广，抑振效果好的复杂多模耦合声学超材料。
11.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种复杂多模耦合声学超材料板，包括六边形单元，六边形单元包括六个三角形单元，三角形单元包括阻尼层、基体层和局域共振单元，基体层位于阻尼层上，局域共振单元固定于基体层上。
12.优选地，所述局域共振单元包括悬臂梁模块和质量块模块，悬臂梁模块包括第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁、第四悬臂梁和第五悬臂梁，质量块模块包括第一层质量
块、第二层质量块、第三层质量块、第四层质量块和第五层质量块，第一层质量块通过第一悬臂梁与基体层相连，第二层质量块通过第二悬臂梁与第一层质量块相连，第三层质量块通过第三悬臂梁与第二层质量块相连，第四层质量块通过第四悬臂梁与第二层质量块相连，第五层质量块通过第五悬臂梁与第二层质量块相连。
13.优选地，所述第二层质量块的数量为两个且并联，所述第三层质量块的数量为四个，四个第三层质量块之间并联，所述第四层质量块的数量为四个，四个第四层质量块之间并联，所述第五层质量块的数量为两个且并联，第二悬臂梁的数量和第二层质量块的数量相同，第三悬臂梁和第三层质量块的数量相同，第四悬臂梁和第四层质量块的数量相同，第五悬臂梁和第五层质量块的数量相同。
14.优选地，所述第一层质量块、第二层质量块、第三层质量块、第四层质量块和第五层质量块大小和厚度依次减小。
15.优选地，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁、第四悬臂梁和第五悬臂梁的长度依次增加，宽度依次减小。
16.优选地，所述基体层、悬臂梁模块和质量块模块由钢制成。
17.优选地，所述阻尼层为磁性热熔阻尼层，基体层与阻尼层通过烘烤的方式直接热熔为一体，磁性热熔阻尼层具有磁性，可直接吸附到金属壁板上。
18.优选地，所述三角形单元为等边三角形结构。
19.本发明的有益效果是：
20.1、本发明所提供的一种复杂多模耦合声学超材料板，具有很强的低频隔振能力，每个三角形单元内若干不同质量块以串并联方式连接，产生丰富的模态，形成较宽禁带。同时多个三角形单元可设计出不同的禁带，组合形成更宽禁带，进一步提高抑振效果。
21.2、本发明所提供的一种复杂多模耦合声学超材料板整体厚度小，占用空间小，适用范围广。在具体工程应用中，当安装空间比较大时，使用一个或多个六边形单元。空间比较小时，使用一个或多个三角形单元。
22.3、本发明所提供的一种复杂多模耦合声学超材料板背部为磁性阻尼材料，具有磁性，可直接吸附到金属壁板上，安装方便。而且阻尼可吸收一部分高频振动能量，且能保证局域共振单元上下振动空间。
23.4、本发明所提供的一种复杂多模耦合声学超材料板所用的材料为常用材料，加工方便，成本低。
附图说明
24.图1是本发明一种复杂多模耦合声学超材料板的整体结构示意图；
25.图2是本发明六边形单元的整体结构示意图。
26.图3是本发明六边形单元的主视图。
27.图4是发明三角形单元的整体结构示意图。
28.图5是发明三角形单元的主视图。
29.图6是发明三角形单元的侧视图。
30.图7是发明六边形单元组成的长方形超材料板结构示意图。
31.图8是发明复杂多模耦合声学超材料板与同尺寸单振子声学超材料板及普通平板
之间的频响函数对比图。
32.附图标记说明：1、阻尼层；2、基体层；3、第一悬臂梁；4、第二悬臂梁；5、第三悬臂梁；6、第四悬臂梁；7、第五悬臂梁；8、第一层质量块；9、第二层质量块；10、第三层质量块；11、第四层质量块；12、第五层质量块。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
34.如图1到图8所示，本发明提供的一种复杂多模耦合声学超材料板，包括六边形单元，六边形单元包括六个三角形单元，三角形单元包括阻尼层1、基体层2和局域共振单元，基体层2位于阻尼层1上，局域共振单元固定于基体层2上。
35.在本实施例中，三角形单元为等边三角形结构，其边长为200mm。基体层2的厚度为1mm，阻尼层1只在基体层2的外围贴附，局域共振单元下方没有阻尼层1，阻尼层1的厚度为2mm。
36.局域共振单元包括悬臂梁模块和质量块模块，悬臂梁模块包括第一悬臂梁3、第二悬臂梁4、第三悬臂梁5、第四悬臂梁6和第五悬臂梁7，质量块模块包括第一层质量块8、第二层质量块9、第三层质量块10、第四层质量块11和第五层质量块12，第一层质量块8通过第一悬臂梁3与基体层2相连，第二层质量块9通过第二悬臂梁4与第一层质量块8相连，第三层质量块10通过第三悬臂梁5与第二层质量块9相连，第四层质量块11通过第四悬臂梁6与第二层质量块10相连，第五层质量块12通过第五悬臂梁7与第二层质量块11相连。
37.第二层质量块9的数量为两个且并联，所述第三层质量块10的数量为四个，四个第三层质量块10之间并联，所述第四层质量块11的数量为四个，四个第四层质量块11之间并联，所述第五层质量块12的数量为两个且并联，第二悬臂梁4的数量和第二层质量块9的数量相同，第三悬臂梁5和第三层质量块10的数量相同，第四悬臂梁6和第四层质量块11的数量相同，第五悬臂梁7和第五层质量块12的数量相同。
38.第一层质量块8、第二层质量块9、第三层质量块10、第四层质量块11和第五层质量块12大小和厚度依次减小。
39.在本实施例中，第一层质量块8的长、宽、高尺寸分别为145mm*15mm*3mm，第二层质量块9的长、宽、高尺寸分别为46mm*14mm*2mm，第三层质量块10的长、宽、高尺寸分别为12mm*11mm*1.5mm，第四层质量块11的长、宽、高尺寸分别为7mm*8mm*1mm，第五层质量块12的长、宽、高尺寸分别为5mm*6mm*0.5mm。
40.第一悬臂梁3、第二悬臂梁4、第三悬臂梁5、第四悬臂梁6和第五悬臂梁7的长度依次增加，宽度依次减小。
41.在本实施例中，第一悬臂梁3的尺寸为30mm*10mm，第二悬臂梁4的尺寸为20mm*15mm，第三悬臂梁5的尺寸为8mm*20mm，第四悬臂梁6的尺寸为3mm*16mm，第五悬臂梁7的尺寸为2mm*16mm。
42.基体层2、悬臂梁模块和质量块模块由钢制成。
43.阻尼层1为磁性热熔阻尼层，基体层2与阻尼层1通过烘烤的方式直接热熔为一体，磁性热熔阻尼层具有磁性，可直接吸附到金属壁板上。
44.在实际工程应用中，可根据设计需求进行选择所使用三角形单元或六边形单元的
个数及排列方式以适应安装位置，可修改每个三角形单元的基体层2厚度、质量块的层数以及质量块和悬臂梁的尺寸以匹配目标禁带。
45.如图8所示，根据实际测验数据得出的结果复杂多模耦合声学超材料板与同尺寸单振子声学超材料板及普通平板之间的频响函数相比，抑振效果较好。
46.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。