[发明专利]低声速超材料层及由其制成的中低频高效吸声的超材料复合结构

权利要求书

1.一种低声速超材料层，其特征在于：包括至少一个超材料片，所述超材料片(4)为由厚度为H的空气层和嵌入其中间且厚度为h的穿孔薄板组成的片状等效流体材料，所述穿孔薄板由金属或硬质非金属材料制成，穿孔薄板的延展方向与超材料片的延展方向一致，穿孔薄板的表面与超材料片的表面平行；

其中，0.01H≤h≤0.2H，且h≥0.5mm；穿孔薄板的空间压缩率为ζ，ζ＝H/(H-h)；穿孔薄板上的小孔的形状为圆形、矩形或任意便于加工的形状；单个小孔的面积为S，所述小孔按正方格均匀排列；相邻小孔的中心距为D，D≤H，穿孔率为σ，σ＝S/D²，且

所述超材料片的法向声速C(f)与所述H、h、ζ、S、D的关系符合以下公式组合：

当所述超材料片为多个时，多个所述超材料片的大小和厚度相同且在厚度方向叠加而成，且多个所述超材料片的法向声速一致，多个所述超材料片的穿孔薄板的外缘通过固定架固定连。

2.根据权利要求1所述的低声速超材料层，其特征在于，所述超材料片按照如下步骤进行设计：

S1、设定所需的超材料片的法向声速C_pre；

S2、选定所述H<2.3×10⁴/f₀，单位mm，f₀为超材料片调控的最大频率，优先考虑将H取为满足要求的较大数值；

S3、设定穿孔板的厚度h、小孔中心距D、穿孔面积S的初始值；

S5、将f、H、h、D、S代入所述公式组合，求解C的值；

S6、当C>C_pre时，减小S或增大D或增大h，C<C_pre时，增大S或减小D或减小h，并重新回到第S4步，反复尝试，直至找到满足C＝C_pre的S、h、D。

3.根据权利要求2所述的低声速超材料层，其特征在于：所述C(f)小于空气中的声速并大于空气中声速的1/5。

4.根据权利要求2所述的低声速超材料层，其特征在于：5mm≤H≤100mm。

5.根据权利要求2所述的低声速超材料层，其特征在于：所述超材料片的个数为1-5个。

6.一种中低频高效吸声的超材料复合结构，其特征在于：包括由外向内顺次连接的多孔性吸声材料层(1)、权利要求1-5中任一项所述的低声速超材料层(2)和硬反射材料(3)，所述低声速超材料层(2)中的各穿孔薄板经所述固定支架与所述多孔性吸声材料层(1)和硬反射材料(3)固定连接。

7.根据权利要求6所述的超材料复合结构，其特征在于：所述多孔性吸声材料层由流阻率20000Pa·s/m²的聚氨脂吸声材料制成，厚度为20mm；所述低声速超材料层由1层超材料片组成；超材料片的厚度为20mm，包含厚度为1mm的穿孔薄板，所述穿孔薄板由硬树脂制成，穿孔间距为20mm，穿孔半径1mm；硬反射材料为平整的混凝土墙。

8.根据权利要求6所述的超材料复合结构，其特征在于：所述多孔性吸声材料层的流阻率为40000Pa·s/m²，厚度为10mm，所述低声速超材料层由5层超材料片组成，超材料片的厚度为20mm，超材料片的穿孔薄板由铝合金制成，穿孔薄板厚度为1mm，穿孔半径为2.5mm，穿孔间距为20mm，超材料片的法向声速为160m/s。