[发明专利]蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法

说明书

本发明基于复合材料蜂窝板结构设计了一种新型电可调节吸声性能的蜂窝‑微穿孔薄膜复合结构，其设计步骤如下：根据双层微穿孔板理论模型进行计算得出穿孔孔径以及穿孔率对结构吸声性能的影响；设计了一种可以通过控制外接电压改变微穿孔参数的DE微穿孔薄膜；数值仿真和计算找到比较适宜调节的穿孔率调节范围。本发明设计方法原理简单，只需在传统的蜂窝结构中部分添加该结构就可以起到可调节吸声峰值的特点。实用性强，易操作推广。

技术领域

本发明属于蜂窝-微穿孔薄膜复合结构的低噪声设计方法，特别涉及一种电可调节吸声频率的蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法。

背景技术

蜂窝夹层复合结构是一种在保留了相应物理性能的同时具有轻质特性的被广泛应用于航空、建筑工程领域的结构。普通的蜂窝夹层板结构具有隔声的特性，为了达到吸隔声一体化的设计，就需要使用额外添加的多孔材料来达到吸声的目的，这就造成了大量额外的结构重量，对于航空、建筑领域来说无疑是一个致命的缺点。因此研究蜂窝夹层复合板结构在保持质轻前提下的低噪声设计方法，对蜂窝夹层复合板结构减振降噪研究来说具有重大意义。现有的普通圆形蜂窝夹层板结构(如图1所示)是由上表面板1与下表面板2中间夹有蜂窝芯6而组合构成。

由于蜂窝夹层复合结构自身具有隔声性能，再借助微穿孔吸声结构，就可形成蜂窝-微穿孔复合结构，是提高蜂窝结构低频吸声性能的有效途径。近年来，众多学者对此展开了深入研究。由微穿孔板吸声原理可知，微穿孔板结构的板厚、空腔深度、穿孔孔径以及穿孔率大小均能影响结构吸声性能，即吸声系数和吸声峰值处的频率。从现有研究成果来看，传统的蜂窝-微穿孔复合结构一旦组装完成，蜂窝夹层结构对于噪声的吸收就具有固定性，不改变蜂窝-微穿孔复合结构内部形状，难以实现随时可调节复合结构吸声系数和吸声频带。不适用于现代生活生产各领域中多变的环境噪声。

而介电弹性体(DE)材料，为电子型电活性聚合物(EAP)的一种，使用电场或库仑力作为驱动力。即在上下表面覆盖柔性电极的DE材料两侧加以静电压作用后，材料在水平方向上扩展延伸，在垂直方向上收缩变小。当使用一种DE材料制作成微穿孔薄膜，通过对材料施加一定的电压致使材料发生形变，从而引起微穿孔孔径以及穿孔率同时发生变化，最终就可以达到可调吸声频率的目的。

蜂窝-微穿孔复合结构较一般结构特殊，主要是其微穿孔部分起较大吸声作用。因此在不改变蜂窝-微穿孔复合结构整体布局的情况下，直接通过改变微穿孔板穿孔孔径及穿孔率可使蜂窝-微穿孔复合板结构实现可调吸声频率，从而有效控制噪声。

发明内容

本发明针对蜂窝-微穿孔薄膜复合结构受到自上而下的垂直激励情况，提供一种新型的蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法，使DE薄膜制作成微穿孔结构，安装于蜂窝中心，通过材料良好的介电性能，对穿孔薄膜两侧施加一定电压，致使薄膜在延展方向发生变化，从而使穿孔孔径发生变化，同时由于孔数一定，DE微穿孔薄膜的穿孔率也将发生变化，孔径与穿孔率的变化均起到了调节结构吸声性能，且达到复合结构质轻的目的。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案。蜂窝-微穿孔板复合结构设计方法，包括上表面板和下表面板及其中间夹有的蜂窝芯，其特征在于，在蜂窝芯内部设置有DE微穿孔薄膜，该DE微穿孔薄膜上下两侧镀有柔性电极且通过引线与外部的电压发生端相连接；其设计步骤如下：

1)上表面板使用微穿孔板与DE微穿孔薄膜构成双层微穿孔板结构，由马氏理论推导得到的双层微穿孔板理论如下：