一種連續(xù)梯度吸聲結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)梯度吸聲結構，包括吸聲材料本體以及開設在其內部的吸聲孔，在吸聲材料內部使得孔的直徑沿聲波入射方向線性減小，進而實現孔隙率在聲波入射方向的線性減??；本發(fā)明涉及的連續(xù)梯度結構在實施時大孔徑一側朝向噪聲源，聲波更容易進入連續(xù)梯度結構吸聲材料；連續(xù)梯度結構的孔徑不一，有更多的共振頻率，可以在更寬的頻率范圍內取得較好的吸聲效果；此外，該連續(xù)梯度結構中聲波傳播路徑復雜，使得聲波在連續(xù)梯度結構吸聲材料中更容易發(fā)生能量耗散，從而提高具有連續(xù)梯度結構的材料的高效吸聲頻率范圍和低頻吸聲效果。
【專利說明】
一種連續(xù)梯度吸聲結構
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種吸聲結構，具體涉及一種能夠提高吸聲性能的連續(xù)梯度吸聲結構。
【背景技術】
[0002]噪聲是當今世界三大污染源之一，一方面噪聲危害人的聽覺系統(tǒng)，使人易感疲倦、耳聾；另一方面，隨著生活水平的提高，人們越來越注重環(huán)境質量，噪聲也成為環(huán)境治理過程中備受關注的熱點問題。世界衛(wèi)生組織的數據指出在歐洲環(huán)境噪聲已經成為僅次于空氣污染的第二大疾病誘因[Moszynski P.WHO warns noise pollut1n is a growinghazard to health in Europe[J].BMJ，2011，342:d2114.]。此外噪聲會加速建筑物、機械結構的老化，影響設備及儀表的精度和使用壽命。
[0003]目前對噪聲的防治措施之一是采用吸聲材料。一般把平均吸聲系數大于0.2的材料稱為吸聲材料，平均吸聲系數大于0.56的材料稱為高效吸聲材料。吸聲材料按吸聲機理可分為多孔吸聲材料和共振吸聲結構材料兩大類。目前，多孔吸聲材料由于取材范圍廣，加工制造工藝相對簡單，所以多孔吸聲材料成為目前應用最廣泛的吸聲材料，但多孔吸聲材料低頻吸聲性能一般較差、高效吸聲頻率范圍不夠寬[Arenas J P1Crocker M J.Recenttrends in porous sound-absorbing materials[J].Sound&vibrat1n,2010,44(7):12-18.]。共振吸聲結構材料的低頻吸聲性能好，但高頻吸聲性能差。如申請?zhí)枮?00610023242.8的“微孔吸聲結構”發(fā)明專利僅滿足低頻吸聲要求；申請?zhí)枮?01320705567.X的“吸聲結構”實用新型專利，是由共振板與吸聲材料構成的質量彈簧共振結構，但僅在50-400HZ有較好的吸聲效果；申請?zhí)枮?01420251826.0的“低頻吸聲結構”實用新型專利適用于500Hz以下的低頻范圍；申請?zhí)枮?01410448937.5的“一種復合吸聲結構”發(fā)明專利利用共振結構，適用于低頻吸聲；申請?zhí)枮?01210149680.4的“一種輕質多功能復合結構”發(fā)明專利，可將共振吸聲頻率向低頻方向偏移。
[0004]文南犬[Wernera J,Linner-Krmara B,Friess ff ,et al.Mechanical propertiesand in vitro cell compatibility of hydroxyapatite ceramics with graded porestructure.[J].B1materials,2002,23(23):4285-94.]制作出了一種階躍梯度結構。申請?zhí)枮?01510620089.6的“一種全頻段吸聲針刺非織造復合結構材料及其制備方法”發(fā)明專利，采用密度梯度配置針刺非織造結構材料，這種階躍梯度結構取得了優(yōu)異于普通針刺非織造結構材料的吸聲效果，但高效吸聲頻率范圍仍然較窄，具體實施例測試頻率范圍僅為125-2500HZ。這些結構高效吸聲頻率范圍不夠寬。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述現有技術的不足之處，本發(fā)明提供一種能夠提尚材料尚效吸聲頻率范圍、低頻吸聲效果的連續(xù)梯度吸聲結構。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0007]—種連續(xù)梯度吸聲結構，包括吸聲材料本體以及開設在其內部的吸聲孔，所述的吸聲孔的直徑沿聲波入射方向線性減小，進而實現孔隙率在聲波入射方向線性減小，聲波入射沿吸聲材料本體厚度增加方向，即孔隙率Φ隨吸聲材料本體厚度L的增大而線性減小，吸聲孔的直徑D隨吸聲材料本體厚度L的增大而線性減小:
[0008]φ =Fi(L)
[0009]D=F2(L)
[0010]式中,F1表示線性函數，內表示線性函數。
[0011]所述的吸聲孔相互貫通并且與相鄰的吸聲孔相對獨立或部分重疊。
[0012]所述的吸聲孔相互貫通指孔與其相鄰的一個或多個孔相互貫通。
[0013]所述的吸聲孔為球形孔。
[0014]所述的吸聲孔直徑為0.4mm-3mm。
[0015]本發(fā)明所采用的技術方案是在實體材料內部采用連續(xù)梯度多孔結構。這種結構是在實體材料內部使得孔的直徑沿實體材料厚度增加方向線性減小，進而實現孔隙率在厚度增加方向的線性減小。這些孔隙是相互貫通并且孔與孔之間有可能出現部分重疊。這樣得到的結構在本發(fā)明中稱為連續(xù)梯度吸聲結構。
[0016]本發(fā)明涉及的連續(xù)梯度結構在實施時大孔徑一側朝向噪聲源，反射聲波更少，更多聲波進入吸聲材料，有助于提高吸聲系數。連續(xù)梯度結構的孔徑不一，有更多的共振頻率，可以在更寬的頻率范圍內取得較好的吸聲效果。此外，聲波在連續(xù)梯度結構吸聲材料中的傳播路徑較階躍梯度結構吸聲材料、無梯度結構吸聲材料復雜，使得聲波在連續(xù)梯度結構吸聲材料中更容易發(fā)生能量耗散，從而使具有連續(xù)梯度結構的材料較階躍梯度結構吸聲材料、無梯度結構材料高效吸聲頻率范圍更寬、低頻吸聲效果更好。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實施例1的連續(xù)梯度結構吸聲材料孔隙率及內部孔徑在厚度增加方向的變化。
[0019]圖3是本發(fā)明實施例1涉及的階躍梯度結構吸聲材料示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明實施例1涉及的連續(xù)梯度結構吸聲材料、階躍梯度結構吸聲材料和無梯度結構吸聲材料吸聲系數隨測試頻率的變化圖。
[0021 ]圖5是本發(fā)明實施例2涉及的連續(xù)梯度結構吸聲材料、階躍梯度結構吸聲材料和無梯度結構吸聲材料吸聲系數隨測試頻率的變化圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明提供的連續(xù)梯度結構進一步說明。
[0023]本發(fā)明實施例中涉及的連續(xù)梯度結構吸聲材料的制備材料采用光敏樹脂，制備工藝采用3D打??；但制備材料不局限于光敏樹脂，制備工藝不局限于3D打印。
[0024]實施例1:
[0025]如圖1所示，本實施例中連續(xù)梯度結構吸聲材料整體外形為圓柱形，樣品直徑為29.8mm，厚度為30mm。包括吸聲材料本體I以及開設在其內部的吸聲孔2，所述的吸聲孔2的直徑沿吸聲材料本體I厚度增加方向線性減小，進而實現孔隙率在吸聲材料本體厚度增加方向上線性減小，孔隙率為0.6。其孔隙率及內部孔徑在厚度增加方向的變化如圖2所示，該連續(xù)梯度結構吸聲材料的梯度體現在沿厚度增加方向孔隙率是線性減小的，孔隙率的減小是通過其內部孔徑的減小得到的，沿厚度增加方向孔徑線性改變，最大孔徑為2mm，最小孔徑為0.8mm。連續(xù)梯度結構吸聲材料孔隙率Φ與吸聲材料本體厚度L的關系式為:
[0026]φ =0.66027-0.01407XL,
[0027]吸聲孔的直徑D與樣品厚度L的關系式為:
[0028]D = 1.81264-0.03936 XL。
[0029]階躍梯度結構吸聲材料整體外形為圓柱形，樣品直徑為29.8mm，厚度為30mm。如圖3所示，該階躍梯度結構吸聲材料由3個孔隙率分別為0.5、0.6、0.7且厚度均為1mm的無梯度結構吸聲材料組成，其中無梯度結構吸聲材料指均勻孔結構吸聲材料。實施例1中無梯度結構吸聲材料整體外形為圓柱形，樣品直徑為29.8mm，厚度為30mm。該無梯度結構吸聲材料孔直徑均為1.4mm，孔隙率為0.6。
[0030]采用北京聲望聲電技術有限公司制造的SW477型阻抗管測試實施例1涉及的連續(xù)梯度結構吸聲材料、階躍梯度結構吸聲材料和無梯度結構吸聲材料的吸聲系數。測試頻率范圍為1000-6300HZ。測試連續(xù)梯度結構吸聲材料時，連續(xù)梯度結構吸聲材料的大孔徑一側朝向SW477型阻抗管的聲源。
[0031]圖4為相同外形(樣品直徑為29.8mm且厚度為30mm)、相同孔隙率(0.6)時，連續(xù)梯度結構吸聲材料、階躍梯度結構吸聲材料和無梯度結構吸聲材料的吸聲系數隨頻率的變化圖。其中，GtPC-0.6-30mm表示連續(xù)梯度結構吸聲材料，總的孔隙率為0.6，厚度為30mm；GdPC-0.6-30mm表示階躍梯度結構吸聲材料，總的孔隙率為0.6，厚度為30mm; UPC-0.6_30mm表示無梯度結構吸聲材料，孔隙率為0.6，厚度為30mm。頻率為1800Hz左右時，連續(xù)梯度結構吸聲材料達到第一個吸聲系數峰值，而無梯度結構吸聲材料在2200Hz才達到第一個峰值，即連續(xù)梯度結構吸聲材料具有更好的低頻吸聲效果。圖4中連續(xù)梯度結構吸聲材料可以明顯看到2個峰值，而無梯度結構吸聲材料只有I個峰值。這意味著，在特定的頻率范圍內，連續(xù)梯度結構吸聲材料可能有更多的吸聲系數峰值，即吸聲頻率更寬。當頻率大于1500Hz后，圖4顯示連續(xù)梯度結構吸聲材料的吸聲系數低值為0.6左右，是高效吸聲材料;而無梯度結構吸聲材料的吸聲系數低值為0.25左右，僅為一般吸聲材料。此外，連續(xù)梯度結構吸聲材料整體吸聲性能優(yōu)于階躍梯度結構吸聲材料;階躍梯度結構吸聲材料的優(yōu)異性能較無梯度結構吸聲材料體現在2600Hz以上的高頻段。
[0032]實施例2:
[0033]本實施例中連續(xù)梯度結構吸聲材料整體外形為圓柱形，樣品直徑為29.8mm，厚度為20mm。該連續(xù)梯度結構吸聲材料內部孔徑在厚度增加方向線性減小，總的孔隙率為0.6。該連續(xù)梯度結構吸聲材料的最大孔徑為2 mm，最小孔徑為0.8 mm。階躍梯度結構吸聲材料整體外形為圓柱形，樣品直徑為2 9.8 mm，厚度為2 O mm。該階躍梯度結構吸聲材料由3個孔隙率分別為0.5、0.6、0.7且厚度均為6.7_的無梯度結構吸聲材料組成。無梯度結構吸聲材料整體外形為圓柱形，樣品直徑為29.8mm，厚度為20mm。該無梯度結構吸聲材料孔直徑均為1.4mm，孔隙率為0.6。
[0034]采用SW477型阻抗管測試實施例2的連續(xù)梯度結構吸聲材料、階躍梯度結構吸聲材料和無梯度結構吸聲材料的吸聲系數。測試頻率范圍為1000-6300HZ。
[0035]圖5為實施例2涉及的連續(xù)梯度結構吸聲材料、階躍梯度結構吸聲材料和無梯度結構吸聲材料的吸聲系數隨頻率的變化圖。其中，GtPC-0.6-20mm表示連續(xù)梯度結構吸聲材料;GdPC-0.6-20mm表示階躍梯度結構吸聲材料;UPC-0.6_20mm表示無梯度結構吸聲材料。圖5顯示連續(xù)梯度結構吸聲材料在2300Hz達到第一個吸聲系數峰值而無梯度結構吸聲材料在3200Hz達到第一個峰值。當頻率大于1700Hz后，連續(xù)梯度結構吸聲材料的低值約為0.4，無梯度結構吸聲材料的吸聲系數低值約為0.25。此外，連續(xù)梯度結構吸聲材料整體吸聲性能優(yōu)于階躍梯度結構吸聲材料;階躍梯度結構吸聲材料較無梯度結構吸聲材料的優(yōu)異性能體現在3700Hz以上的高頻段。
[0036]通過以上敘述可知，本發(fā)明通過在實體材料內部設置連續(xù)梯度結構獲得連續(xù)梯度結構吸聲材料。實施例1、實施例2均表明本發(fā)明涉及的連續(xù)梯度結構可以耗散更多的聲波能量，提高結構吸聲材料的高效吸聲頻率范圍。相同外形、相同孔隙率時，連續(xù)梯度結構吸聲材料較階躍梯度結構吸聲材料、無梯度結構吸聲材料的低頻吸聲效果更好。
【主權項】
1.一種連續(xù)梯度吸聲結構，其特征在于:包括吸聲材料本體以及開設在其內部的吸聲孔，所述的吸聲孔的直徑沿聲波入射方向線性減小，進而實現孔隙率在聲波入射方向線性減小，聲波入射沿吸聲材料本體厚度增加方向，即孔隙率Φ隨吸聲材料本體厚度L的增大而線性減小，吸聲孔的直徑D隨吸聲材料本體厚度L的增大而線性減小: Φ =Fi(L)D = F2(L) 式中，示線性函數，內表示線性函數。2.根據權利要求1所述的連續(xù)梯度吸聲結構，其特征在于:所述的吸聲孔相互貫通并且與相鄰的吸聲孔相對獨立或部分重疊。3.根據權利要求2所述的連續(xù)梯度吸聲結構，其特征在于:所述的吸聲孔相互貫通是指孔與其相鄰的一個或多個孔相互貫通。4.根據權利要求1所述的連續(xù)梯度吸聲結構，其特征在于:所述的吸聲孔為球形孔。5.根據權利要求1所述的連續(xù)梯度吸聲結構，其特征在于:所述的吸聲孔直徑為0.4mm-3mm ο
【文檔編號】G10K11/172GK106098050SQ201610398511
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】屈治國, 張秀海
【申請人】西安交通大學