[发明专利]一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构

说明书

一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层、中间减震降噪芯板层及内面板层；中间减震降噪芯板层装夹在外面板层与内面板层之间，通过中间减震降噪芯板层抑制弹性波传播；中间减震降噪芯板层上设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞在中间减震降噪芯板层内呈矩阵式分布；二维声学黑洞晶胞为六边形，在二维声学黑洞晶胞的板体中部开设有六边形孔洞，六边形孔洞的中心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合且边线相平行；六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框均分为等厚度区域和变厚度区域，且变厚度区域位于边框中部；六边形孔洞的变厚度区域内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层。

技术领域

本发明属于减振降噪技术领域，特别是涉及一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构。

背景技术

目前，低振动与低噪声是现代装备发展的一个重要指标特征，如果振动和噪声过强，不但会严重影响装备的工作性能、可靠性及服役寿命，而且也会严重影响环境舒适性。

由于结构振动并产生噪声辐射，其本质原因可归结为结构的弹性波传播效应，以及结构的弹性波与周围介质的相互耦合作用，因此对结构的弹性波传播进行操控，是实现结构减震降噪的重要手段。

目前，传统的减震降噪技术仍存在一定的局限性，其中主要依靠阻尼材料对弹性波进行衰减，这种减震降噪手段已经难以满足不断提高的机械性能要求，其减振降噪效果并不理想，而且传统的减振降噪结构普遍存在厚重的缺陷。

为此，“声学黑洞”概念应运而生，声学黑洞是将天体物理学中的黑洞概念引入到振动和波动领域中形成的，在声学黑洞理论下，通过逐渐减小系统的几何参数或者材料特性参数，可以形成一种具有能量聚集效应的结构，在理想情况下，波的传播速度随介质的变化逐渐减小到零，因此不会发生波的反射。

虽然实现声学黑洞的方法有多种，且结构形态也繁多各异，其中最简单的结构便是将梁或者薄板的厚度按照一定的规律剪裁的结构，当入射弯曲波在结构的等厚度部分传播时，波长和波幅为定值，随着弯曲波从结构的等厚度区域进入到声学黑洞区域后，播速会因厚度的减小而逐渐减小，波长被压缩，波幅增大。

尽管在声学黑洞理论下可以按照最简单结构进行设计制造，但最简单结构仍只是理论层面的结构，其无法直接在实际工程中进行应用。因此，基于声学黑洞理论来设计能够满足实际工程应用的声学黑洞结构，以及为了满足不断提高的机械性能要求，研发一种能够有效抑制弹性波传播来提高减振降噪效果的减振降噪结构势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，与传统的基于阻尼材料的减振降噪结构相比，能够有效抑制弹性波传播，大幅度提升了减振降噪结构的减振降噪效果，同时还实现了减振降噪结构的减重，为装备的轻量化提供了结构基础。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层、中间减震降噪芯板层及内面板层；所述中间减震降噪芯板层装夹在外面板层与内面板层之间，通过中间减震降噪芯板层抑制弹性波传播。

所述中间减震降噪芯板层上设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞在中间减震降噪芯板层内呈矩阵式分布。

所述二维声学黑洞晶胞为六边形，在二维声学黑洞晶胞的板体中部开设有六边形孔洞，六边形孔洞的中心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合且边线相平行。

所述六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框均分为等厚度区域和变厚度区域，且变厚度区域位于边框中部。

在所述六边形孔洞的变厚度区域内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层，用于提高减振降噪结构对弹性波的衰减作用。

所述阻尼材料层采用高聚物或聚合物，所述吸声材料层采用纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料或泡沫状吸声材料。