[发明专利]一种基于磁固耦合的环状多振子主动声学超材料

说明书

本发明涉及低频噪声控制的声学超材料技术领域，具体为一种基于磁固耦合的环状多振子主动声学超材料。通过设计将环状质量块和圆形质量块粘贴于圆形磁流变薄膜上，形成环状质量块、圆形质量块在磁流变薄膜上相互间隔的结构形式，并在其外部加上径向磁场或者轴向磁场，可以定量改变外加径向磁场或者轴向磁场的输入电流的大小，改变磁流变薄膜的受力，变化环状多振子主动声学超材料的固有频率，从而使隔声峰值定向移动，实现环状多振子主动声学超材料的非接触式主动控制。除此之外，可以变化磁流变薄膜径向宽度与环状质量块径向宽度的比例，可以实现超材料隔声峰值的移动，并拓宽隔声带隙。最终实现对低频噪声的较宽隔声带隙的有效控制。

技术领域

本发明涉及低频噪声控制的声学超材料技术领域，具体为一种基于磁固耦合的环状多振子主动声学超材料。

背景技术

在现代社会生活中,低频范围内的噪声不仅存在于工业、航空和交通等各个领域中,并给其领域中的仪器、设备等造成了严重的安全隐患,而且严重影响了人们的日常工作生活。低频噪声由于波长长、传播距离远、不易衰弱等特点,对其有效的控制一直是噪声控制领域有挑战性的难题。一般来说，传统材料的低频隔声量遵循质量定律，所以在现有的低频噪声控制方法中,通常是用较为厚实的传统混凝土墙或是结构较为复杂的复合材料结构来降噪,这些方法制备困难、价格较高。

声学超材料是一种具有负等效特性的周期性亚波长结构组成的复合材料,可以通过小尺寸控制大波长。近年来,研究者们提出了一些声学超材料结构模型,为低频噪声控制提供了有利新颖的方法。2012年，梅军等人设计了一种在弹性薄膜上镶嵌有一些非对称性的硬质金属片的声学超材料，实现了低频区域的高效隔声；2017年，周榕等人发明了一种带薄膜结构的Helmholtz腔声学超材料(专利申请号为CN201611165543.4)，使得材料在500Hz以下的频率范围被产生多个隔声峰值，可以通过调整薄膜在腔内的位置，来改变隔声峰值所对应的频率，实现声学超材料隔声性能的半主动控制。2018年，闻轶凡等人发明了一种磁流变薄膜中心附加质量块结构形式的声学超材料，可以调节外附加径向磁场加载装置输入电流，来变化径向磁场对磁流变薄膜的作用力，以实现对隔声峰值所对应频率的有效控制。(专利申请号为201811083083.X)

传统的被动式声学超材料以及半主动式声学超材料一旦制备完成，其隔声峰值频率固定，或者可调节范围较窄，难以适应实际复杂声学环境。

薄膜型声学超材料因其轻质以及较好的低频隔声性能，得到了广泛的关注。薄膜型声学超材料弥补了传统的线性隔声材料应对低频噪声问题上的缺陷，表现出了良好的低频降噪性能。基于结构局域共振原理的薄膜型声学超材料，以及成为超材料在低频噪声领域应用的主要发展趋势。

发明内容

本发明提供了一种基于磁固耦合的环状多振子主动声学超材料，通过设计将环状质量块和圆形质量块粘贴于圆形磁流变薄膜上，形成环状质量块、圆形质量块在磁流变薄膜上相互间隔的结构形式，并在其外部加上径向磁场或者轴向磁场，可以定量改变外加径向磁场或者轴向磁场的输入电流的大小，改变磁流变薄膜的受力，变化环状多振子主动声学超材料的固有频率，从而使隔声峰值定向移动，实现环状多振子主动声学超材料的非接触式主动控制。除此之外，可以变化磁流变薄膜径向宽度与环状质量块径向宽度的比例，可以实现超材料隔声峰值的移动，并拓宽隔声带隙。最终实现对低频噪声的较宽隔声带隙的有效控制。

本发明的技术方案是：一种基于磁固耦合的环状多振子主动声学超材料，结构单元由上环形铝制框架、下环形铝制框架、环状质量块、圆形质量块、磁流变薄膜、锁紧螺栓和磁场加载装置组成。