一種聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，該懸置隔振結(jié)構(gòu)由彈性薄膜以及設(shè)置于彈性薄膜上下兩側(cè)的兩塊包裹層呈弓字形折疊而成，所述包裹層上設(shè)置有周期性的開口，每個開口處的彈性薄膜上設(shè)置有質(zhì)量塊。本發(fā)明提供的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，兼具多層阻尼減振及聲學(xué)超材料隔振功能，具有低頻振動衰減能力強、易于實現(xiàn)選頻衰減等突出優(yōu)點。弓字形折疊板結(jié)構(gòu)可以滿足大范圍的懸置剛度設(shè)計需求，且無高頻硬化問題。整體而言，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計性好，且所使用基礎(chǔ)材料皆為常規(guī)材料，易于批量化加工、生產(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。
【專利說明】
一種聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于振動噪聲控制和功能復(fù)合材料的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀以來，隨著人們對交通設(shè)備乘坐舒適性、生產(chǎn)設(shè)備使用壽命等要求的不斷提高，懸置被廣泛應(yīng)用于汽車、列車、飛機、艦船、工程機械、機床等設(shè)備中。如在汽車中，最常用的懸置類型有發(fā)動機懸置與車身懸置，發(fā)動機是汽車主要的振動激勵源之一，良好的發(fā)動機懸置一方面可以衰減傳遞至車架的發(fā)動機振動能量，另一方面還可以起到保護發(fā)動機的作用;車身懸置可以隔離底盤振動向車身內(nèi)部的傳播，提升車內(nèi)乘坐舒適性。
[0003]工程中所使用的傳統(tǒng)懸置單元，根據(jù)其采用彈性元件的不同，可分為:金屬彈簧懸置、空氣彈簧懸置、液壓懸置、橡膠懸置等。無論何種具體類型，其工作原理均純立足于經(jīng)典振動理論的“質(zhì)量一一彈簧一一阻尼器”模型，并由于實際機械設(shè)備中質(zhì)量分布、空間布置以及運動關(guān)系存在諸多限制，制約了懸置單元有效作用的頻帶合理設(shè)置。具體體現(xiàn)為高、低頻頻帶隔振能力難以兼顧，同時難以實現(xiàn)對共振峰值的選擇性衰減，無法滿足用戶日益苛刻的聲振舒適性要求。由此可見，傳動懸置單元終將無法適應(yīng)機械設(shè)備的技術(shù)條件需求，突破傳統(tǒng)工作原理對其實施革新勢在必行。近年來，聲學(xué)超材料技術(shù)發(fā)展迅速，聲學(xué)超材料是指具有負等效質(zhì)量密度或負等效模量的人工亞波長結(jié)構(gòu)，由于其具有良好的低頻彈性波帶隙及導(dǎo)波特性，在低頻減振降噪方面具有廣泛的應(yīng)用前景，為新型懸置隔振結(jié)構(gòu)提供了一條可行路徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計性好的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，該懸置隔振結(jié)構(gòu)由彈性薄膜以及設(shè)置于彈性薄膜上下兩側(cè)的兩塊包裹層呈弓字形折疊而成，所述包裹層上設(shè)置有周期性的開口，每個開口處的彈性薄膜上設(shè)置有質(zhì)量塊。
[0006]優(yōu)選地，所述開口為圓形開口，所述圓形開口呈矩陣式排列。
[0007]優(yōu)選地，所述質(zhì)量塊嵌入至彈性薄膜內(nèi)。
[0008]優(yōu)選地，所述弓字形折疊的周期為一個或多個。
[0009]優(yōu)選地，所述包裹層由硅錳合金鋼或硅鉻合金鋼制成。
[0010]優(yōu)選地，所述包裹層由一層或多層材料組成。
[0011]優(yōu)選地，所述質(zhì)量塊由重金屬材料制成。
[0012]優(yōu)選地，所述重金屬材料為鐵、銅或鋼。
[0013]優(yōu)選地，所述彈性薄膜由彈粘性材料制成。
[0014]優(yōu)選地，所述彈粘性材料為丁腈橡膠、娃橡膠或復(fù)合橡膠。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，其弓字形折疊板結(jié)構(gòu)可以滿足大范圍的懸置剛度設(shè)計需求，可應(yīng)用于汽車、列車、飛機、艦船、機床等多種設(shè)備;利用彈性薄膜與包裹層間的層間阻尼形成了多層強阻尼效果，可有效衰減振動能量。經(jīng)發(fā)明人測試，該懸置隔振結(jié)構(gòu)可在200Hz以內(nèi)形成較寬聲學(xué)禁帶，隔離低頻振動，此外也可針對工程需要，設(shè)計聲學(xué)禁帶的中心頻帶位置及禁帶寬度，靈活度高。整體而言，該懸置隔振結(jié)構(gòu)簡單設(shè)計性好，結(jié)構(gòu)，且所使用基礎(chǔ)材料皆為常規(guī)材料，易于批量化加工、生產(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)局部剖視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)板面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標記說明:1、包裹層;2、質(zhì)量塊;3、彈性薄膜。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0021]如圖1-3所示，本發(fā)明聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，包括彈性薄膜3、兩塊包裹層I以及若干個質(zhì)量塊2。兩塊包裹層I分別設(shè)置于彈性薄膜3的上下兩側(cè)。該懸置隔振結(jié)構(gòu)由彈性薄膜3以及設(shè)置于彈性薄膜3上下兩側(cè)的兩塊包裹層I呈弓字形折疊而成。包裹層I上設(shè)置有周期性的開口，質(zhì)量塊2設(shè)置于每個開口處的彈性薄膜3上。
[0022]值得說明的是，包裹層I上設(shè)置的周期性排列的開口，開口的形狀可以是圓形或多邊，開口的排列方式也可以根據(jù)實際需要確定。包裹層I可由韌性較強的材料制成，如硅錳合金鋼或硅鉻合金鋼，兩個包裹層I可采用相同材料制成，也可采用不同材料制成，進一步的，兩個包裹層I的厚度可一樣或不一樣，沒有特殊的限制。此外，包裹層I的層數(shù)不限于一層，也可根據(jù)工程實際需求采用多層材料構(gòu)成。質(zhì)量塊2的形狀可以是圓形、方形、三角形或不規(guī)則形狀，其由質(zhì)量密度較大的重金屬材料制成，如鐵、鋼或銅等金屬材料，厚度小于包裹層I。彈性薄膜3由粘彈性材料制成，如丁腈橡膠、硅橡膠或復(fù)合橡膠等材料。進一步的，彈性薄膜3和包裹層I的弓字形折疊的周期可以為一個或多個。為便于安裝，懸置隔振結(jié)構(gòu)的上/下表面可采用平板結(jié)構(gòu)，即位于頂層和底層表面的包裹層I不設(shè)置開口。
[0023]下面以具體實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做進一步的說明，以進一步展示本發(fā)明的優(yōu)點:如圖2-3所示，在本實施例中，彈性薄膜3采用丁腈橡膠制成，厚度為1mm。兩塊包裹層I均采用硅錳合金鋼，厚度均為1mm，固定粘接于彈性薄膜3上下兩側(cè)。除最上層和最下層表面夕卜，包裹層I的每一層均開設(shè)16個圓形開口，圓形開口直徑8mm，呈陣列式排列。質(zhì)量塊2為圓形鐵塊，厚度2mm，直徑6mm，嵌入圓形開口處的彈性薄膜3內(nèi)。上下包裹層1、彈性薄膜3以及質(zhì)量塊2組成的板面按照弓字形折疊排列，形成8個平面，構(gòu)成如圖2所示的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)。該懸置結(jié)構(gòu)在20?60Hz內(nèi)的振動傳遞函數(shù)低于30dB，能夠有效隔絕和衰減該頻段內(nèi)的振動與噪聲，形成聲學(xué)禁帶效果。
[0024]在實際應(yīng)用中，可根據(jù)工程需求，在本發(fā)明的禁帶頻率及帶寬、懸置隔振結(jié)構(gòu)的整體剛度、振動衰減力度等方面進行調(diào)整設(shè)計，以達到按需生產(chǎn)的目的。
[0025]本發(fā)明提供的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，用以替代傳統(tǒng)懸置結(jié)構(gòu)，兼具多層阻尼減振及聲學(xué)超材料隔振功能，具有低頻振動衰減能力強、易于實現(xiàn)選頻衰減等突出優(yōu)點；其弓字形折疊板結(jié)構(gòu)可以滿足大范圍的懸置剛度設(shè)計需求，且無高頻硬化問題。該結(jié)構(gòu)可用于汽車、船艦等設(shè)備中低頻振動與噪聲的降低、隔離及控制。
[0026]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于:該懸置隔振結(jié)構(gòu)由彈性薄膜(3)以及設(shè)置于彈性薄膜(3)上下兩側(cè)的兩塊包裹層(I)呈弓字形折疊而成，所述包裹層(I)上設(shè)置有周期性的開口，每個開口處的彈性薄膜(3)上設(shè)置有質(zhì)量塊(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述開口為圓形開口，所述圓形開口呈矩陣式排列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述質(zhì)量塊(2)嵌入至彈性薄膜(3)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述弓字形折疊的周期為一個或多個。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，其特征在于:所述包裹層(I)由硅錳合金鋼或硅鉻合金鋼制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的聲學(xué)超材料懸置隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述包裹層(1)由一層或多層材料組成。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，其特征在于:所述質(zhì)量塊(2)由重金屬材料制成。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，其特征在于:所述重金屬材料為鐵、銅或鋼。9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，其特征在于:所述彈性薄膜(3)由彈粘性材料制成。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，其特征在于:所述彈粘性材料為丁腈橡膠、硅橡膠或復(fù)合橡膠。
【文檔編號】F16F7/12GK105840710SQ201610362766
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】吳昱東, 丁渭平, 楊明亮, 馬逸飛, 朱洪林
【申請人】西南交通大學(xué)