[发明专利]用于波纹夹芯板低频减振降噪的共形嵌入式超材料结构

说明书

本发明提供了一种用于波纹夹芯板低频减振降噪的共形嵌入式超材料结构，包括基体结构、阵列化排布的质量元件和阵列化排布的通孔，基体结构包括阵列化排布的弹性元件和共形支撑子结构；共形支撑子结构设置在阵列化排布的弹性元件两端；阵列化排布的通孔将阵列化排布的弹性元件依次间隔开实现阵列化排布，每个弹性元件上均设有质量元件；每个弹性元件与设置在所述弹性元件上的质量元件构成局域共振微结构单元，所述局域共振微结构单元阵列化排布使得所述共形嵌入式超材料结构能够产生局域共振效应，抑制波纹夹芯板中的弹性波传播，从而使得波纹夹芯板具有很强的低频隔声能力，以及低频振动与辐射噪声抑制能力。

技术领域

本发明属于振动与噪声控制新材料、新结构领域，尤其涉及用于波纹夹芯板低频减振降噪的材料结构。

背景技术

波纹夹芯板由上下表面面板与单层或多层波纹状腹板芯层组合而成，具有质量轻、刚度大、强度高等显著优点，在国防装备、交通运输等领域得到了广泛应用。由于这类结构可以通过挤压成型工艺实现大尺寸一体化制造，因此在有些领域，这类结构也被称为中空挤压型材，或简称为中空型材。然而，这种轻质结构容易被激发出低频振动和噪声，影响装备乘坐舒适性、危害乘员健康、降低装备可靠性和使用寿命。由于低频振动和噪声对应的弹性波/声波的波长大，传递能力强，导致实现低频减振降噪尤为困难，如何有效抑制波纹夹芯板结构的低频振动与噪声是学术界与工程界面临的一大难题。

近年来，声物理学和凝聚态物理学领域提出和发展的超材料结构为解决波纹夹芯板的低频振动与噪声问题提供了新思路。超材料结构是指由特殊设计的人工微结构单元(如局域共振单元，简称振子单元或振子)按一定方式附加于基体结构而构成的新型复合结构，能获得传统材料/结构不具有的超常物理特性(如负等效质量密度、负等效模量等)，可以实现对低频弹性波和声波的超常操控，使得其在低频减振降噪领域有广阔应用价值。传统设计的人工微结构单元一般是孤立的(如弹簧质量振子、硬软材料块振子等)，需要分别将振子单元一一与基体结构相连接，这样的设计有诸多优点，但也存在一些不足，例如：每个振子单元需要分别加工、分别连接，工艺相对复杂，成本高，且费时费力；孤立加工的微结构单元误差大，一致性较差；此外，由于波纹夹芯板自身结构特点，传统设计的微结构单元不便于嵌入安装到波纹夹芯板的中空芯层，因此往往需要安装在波纹夹芯板的外表面，导致需要占用额外的空间，以及需要额外的安装成本；而且，当不采取有效的防护措施时，安装在外表面的微结构单元受外界环境影响大，当外物接触到微结构单元时，甚至会导致微结构单元脱落失效。这些缺陷和不足无疑限制了传统超材料结构在波纹夹芯板减振降噪方面的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的问题，提供用于波纹夹芯板低频减振降噪的共形嵌入式超材料结构，该超材料结构兼具低频隔声、减振及声辐射抑制优良性能，并且制造及安装简便、成本低廉、可靠性高，且不占用额外空间，克服了传统超材料结构设计方案用于波纹夹芯板时所面临的加工及安装复杂、成本高昂、可靠性差，且需占用额外空间等诸多缺点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：用于波纹夹芯板低频减振降噪的共形嵌入式超材料结构，所述共形嵌入式超材料结构包括基体结构、阵列化排布的质量元件和阵列化排布的通孔；

所述基体结构包括阵列化排布的弹性元件和用于将所述共形嵌入式超材料结构稳固安装于波纹夹芯板的芯层内部的共形支撑子结构；所述共形支撑子结构设置在阵列化排布的弹性元件两端，并与阵列化排布的弹性元件一体成型；

阵列化排布的通孔将阵列化排布的弹性元件依次间隔开实现阵列化排布，每个弹性元件上均设有质量元件；每个弹性元件与设置在所述弹性元件上的质量元件构成局域共振微结构单元，所述局域共振微结构单元阵列化排布使得所述共形嵌入式超材料结构能够产生局域共振效应，高效地抑制波纹夹芯板中的弹性波传播，从而使得波纹夹芯板具有很强的低频隔声能力，以及低频振动与辐射噪声抑制能力。