[发明专利]一种基于电流变液的分形结构声学超材料

说明书

一种基于电流变液的分形结构声学超材料，其分形结构声学超材料基体(1)为长方体结构，由水平截面为凹形和凸形的两部分嵌套组成，凹形部分和凸形两部分之间的空腔形成流道(2)；流道(2)的水平截面形状为Hilbert分形曲线；流道(2)中填充满电流变液(3)，两侧壁贴附金属电极(4)，金属电极的出线端子与直流电源(10)连接。当声波传输至声波入射面(6)时，由于基于电流变液的分形结构声学超材料(11)的强反射及等效高折射率的特性，使特定频率下目标区域的声压降低。调节直流电源(10)的电压，使基于电流变液的声学超材料(11)的隔声频率发生偏移，以此调控声学超材料的隔声频率。

技术领域

本发明涉及一种分形结构声学超材料。

背景技术

随着城市化进程的加快，噪声已经严重危害到居民的生活质量与身心健康，成为三大环境公害之一。交通和大型电力设备噪声的投诉占据了较高的比例。无论是交通噪声还是电力设备运行噪声都具有显著的低频线谱特性，1000Hz以下的低频分量突出。相关研究表明，长期工作或生活在低频高噪声环境中，语频听力损伤的发生率接近14.37％，甚至会对神经系统和脏器造成损伤。

交通和电力设施在设计过程中都已经采取了相应的减振降噪措施，比如，在变电站室内墙壁贴附隔声吸声材料；在轨道两侧设立隔声屏障，通过屏障的吸收、反射、折射改变噪声大小和传播方向达到降噪目的。传统材料对高频噪声降噪效果明显，但是对低频噪声效果甚微。2000年，基于局域共振原理的声学超材料问世。该材料突破了传统的声质量定律，使得轻薄型低频减振降噪材料的实现成为可能。该类声学超材料基于共振原理，由特殊设计的人工微结构单元构成的复合结构，具有负等效质量密度、负等效体积模量等超出自然材料的物理特性。声学超材料具有亚波长声波控制特性，即采用较小的超材料单元尺寸，就可以实现比超材料单元尺寸大两个数量级的声波控制。声学超材料在低频段存在一个或多个带隙，再带隙所在的频率附近噪声能够得到有效阻隔。该特性为解决低频噪声治理难题提供了新的理论支持。

声学超材料在低频噪声调控抑制方面表现出了显著的优势，但是将其用于电力设备、轨道交通等设施的降噪尚存在问题。主要原因是，超材料结构和尺寸一旦确定，降噪频率随即确定，不可调节。加工误差等因素容易导致实际材料与设计结果存在偏差；另外，现实环境噪声往往具有时变特性，固定降噪频率的材料难以对变化的噪声做出动态反应，环境适应性较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有声学超材料的缺点，将电流变液与分型结构声学超材料相结合，提出一种基于电流变液的分形结构声学超材料，本发明声学超材料频率可调。利用电流变液复剪切模量随外加电场强度变化的特性，通过电场调控声场，弥补声学超材料的带隙固定不变的不足，实现隔声频率的可调节性。

本发明基于电流变液的分形结构声学超材料包括分形结构声学超材料基体、流道、金属电极、电流变液和密封薄膜。

所述的分形结构声学超材料基体为长方体结构，由水平截面为凹形和凸形的两部分嵌套组成，凹形部分和凸形两部分之间的空腔形成流道。流道水平截面的形状为Hilbert分形曲线。流道有两个端口：流道入口和流道出口，流道入口和流道出口与外界连通。声波入射面与声波出射面分别位于分形结构声学超材料基体平行相对的两个侧面上，并且流道入口所在平面与声波入射面平行，流道出口所在平面与声波出射面平行，所以，流道入口和流道出口平行相对。定义声波入射面和声波出射面为垂直方向平面。

所述的分形结构声学超材料基体采用环氧树脂材料制成。

所述的流道两侧壁上贴附金属电极，一侧为正电极，另外一侧为负电极。正电极出线端子和负电极出线端子位于声波入射面或声波出射面上。正电极出线端子通过导线与直流电源正极连接，负电极出现端子通过导线与直流电源负极连接。

所述的流道中填充满电流变液。

所述的密封薄膜为塑料薄膜，包裹在分形结构声学超材料表面，防止流道中填充的电流变液流出。