CN112837667A - 一种梯度薄膜型周期复合结构 - Google Patents
一种梯度薄膜型周期复合结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112837667A CN112837667A CN202010761288.XA CN202010761288A CN112837667A CN 112837667 A CN112837667 A CN 112837667A CN 202010761288 A CN202010761288 A CN 202010761288A CN 112837667 A CN112837667 A CN 112837667A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- weight
- composite structure
- gradient
- periodic composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 6
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 claims description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/162—Selection of materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
- Building Environments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种梯度薄膜型周期复合结构，该周期复合结构包括弹性薄膜、重物、支撑框架，其中弹性薄膜是由上下两片薄膜组成，在两片膜的中间放置重物，然后抽空两片薄膜间的空气，再加热压制，使重物与薄膜形成一个整体，最后将该整体安置在支撑框架上紧绷固定，重物按其质心周期排列，即该周期结构可以划分为n个边长为a的正方形元胞，每个正方形元胞的中心为重物的质心位置。正方形元胞附加重物的质量按比例沿一个方向呈梯度变化，如此令该发明能够在多个频带内实现隔声，极大扩宽隔声频带。
Description
技术领域
本发明属于减振领域，尤其涉及一种梯度薄膜型周期复合结构。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，生活质量的逐渐提高。在军事航空、舰船，生活中车辆发动机制造、建筑中隔音材料的要求都在日益增长。但是类似纤维、隔声板、隔声墙这些我们熟知的隔音隔声材料，在频率较高的范畴内效果是非常显著的。但由于隔声材料遵循质量作用定律，使得传统材料在低频阶段效果并不理想。而薄膜型声学超材料具有轻质、低频隔声、设计性强的特点，成为减振降噪领域的新宠。由于弹性薄膜与附加重物密度的巨大差异，在声激励作用下，薄膜面不同位置处的振动反相，最终实现了对特定频率声波的隔离，又因为粘弹性薄膜的阻尼作用使得声波的能量得到消耗，进而实现了声波的阻隔作用。
1991年，日本学者Hashimoto在大尺寸的薄膜表面（200×150mm）附加多个重物，重物之间的间距为30mm，经过测试率先发现附加质量的膜结构能够提高结构本身的低频隔声性能，并称这种膜结构为MAW (membrane with additional weights)。2008年，香港科技大学Yang等在《Physical Review Letters》上首次提出薄膜型声学超材料的概念，这种薄膜型声学超材料时由附加质量的弹性张紧薄膜固定在支撑格栅结构上组成，通过阻抗管测试表面，这种附加质量的弹性张紧薄膜能够在低频实现有效隔声。有效隔声范围的变化可以通过调整附加重物的质量来实现。在后续的研究中，他们将4层具有不同隔声范围的薄膜型声学超材料叠加在一起，实现了对50~1000Hz频率声波高达40d B的隔声量。近年来，学者对薄膜型声学超材料的物理机制及隔声特性调控规律进行了比较***的研究，分析了薄膜面密度、附加质量、薄膜及附加质量的尺寸、薄膜张紧力等参数的影响。
传统的MAMs通常只有一个工作频率区间，梯度型及主动可调型MAMs可以灵活地适应不同的环境，胜任不同的工作需求。MAMs在低频（100~1000Hz）范围内对声波有很强的调控能力，能够实现在较大频域内减振降噪。
发明内容
本发明的目的是提出一种梯度薄膜型周期复合结构，引入梯度后，元胞类型沿一个方向变化，能够在多个频带内实现隔声，极大扩宽隔声频带。而由同种元胞组成的薄膜型周期复合结构，其隔声频带通常唯一，隔声频带范围较梯度薄膜型周期复合结构小。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种梯度薄膜型周期复合结构该周期复合结构包括弹性薄膜、重物、支撑框架。其中弹性薄膜是由上下两片薄膜组成，在两片膜的中间放置重物，然后抽空两片薄膜间的空气，再加热压制，使重物与薄膜形成一个整体，最后将该整体安置在支撑框架上紧绷固定。重物按其质心周期排列，即该周期结构可以划分为n个边长为a的正方形元胞，每个正方形元胞的中心为重物的质心位置。每一排，即x方向的正方形元胞的重物质量相同，而y方向的正方形元胞的重物质量呈梯度变化；或y方向正方形元胞的重物（2）质量相同，而x方向正方形元胞的重物（2）质量呈梯度变化。
其中：
所述的弹性薄膜由弹性材料制成，如：高压聚乙烯、橡胶或者硅橡胶。
所述的重物为金属颗粒，其材料为铁、铅或者铜，其外形为球体、圆柱体、正方体或者长方体。
所述的金属颗粒为单个颗粒，或者由颗粒群构成。当金属颗粒由颗粒群构成时，保证其质心的位置按其质心周期排列。
所述的支撑框架为矩形框架，本发明给出两种形式，可根据需求选用。一种框架为固定框架，无调节薄膜应力的功能；另外一种框架的上端设置转轴，可将薄膜卷起，从而对薄膜施加拉力调节薄膜的张紧力。框架应具备轻质高强的特点，可采用铝合金材料加工。
有益效果：
1、本发明是一种梯度薄膜型周期复合结构，元胞类型沿一个方向逐渐变化，能够在多个频带内实现隔声，极大扩宽隔声频带。
2、重物由两片薄膜包裹密封，较传统重物依靠粘贴附着在薄膜表面的方法，其耐用性、运输性、使用便利性更强。
3、本发明提供两种支撑框架。一种为固定支撑框架，无调节薄膜应力功能，但加工简单；另外一种为可调节薄膜应力的框架，该框架的上端设置转轴，可将薄膜卷起，从而对薄膜施加拉力，达到主动调控的目的，这种框架的好处是可根据噪声环境特点调节隔声效果。
附图说明
图1为本发明的一种梯度薄膜型周期复合结构，其重物为金属颗粒群；
图2为图1中重物的结构示意图；
图3为本发明的一种梯度薄膜型周期复合结构，其重物圆柱形金属片；
图4为图3中重物的结构示意图；
图5为本发明固定类型支撑框架；
图6为本发明可调节薄膜应力的支撑框架；
图7为图6中A-A向的剖视图；
图8是本发明组成的隔声阵列板；
其中有：薄膜1，重物2，支撑框架3，橡胶垫片4，滑轮5，滚轴6，卷帘式滚轴7，牵引绳8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1：
如图1所示：本实施例为一种梯度薄膜型周期复合结构，该周期复合结构由弹性薄膜1、重物2、支撑框架3三部分组成。其中弹性薄膜1的材料为橡胶，弹性薄膜1是由上下两片薄膜组成，在两片膜的中间放置重物2。然后抽空两片薄膜间的空气，再加热压制，使重物2与薄膜1形成一个整体，最后将该整体安置在支撑框架3上紧绷固定。重物2按其质心周期排列，即该周期结构可以划分为n个边长为a的正方形元胞，每个正方形的中心为重物2的质心位置。每一排，即x方向的元胞的重物2质量相同，而y方向的元胞的重物质量2呈梯度变化。
如图2所示，重物2材料为铁，为金属颗粒圆形阵列，其中
为上层薄膜的厚度，
为下层薄膜的厚度。
如图5所示：为本发明的固定类型支撑框架3，制作支撑框架3的材料为铝合金，在支撑框架3与弹性薄膜1之间设置橡胶垫片4，通过粘合剂将三者固定形成整体。
实施例2：
本实施例的主体结构与实施例1相同，区别在于：如图3、4所示，本实施例的重物2是圆柱形金属薄片。其半径从下往上（即y方向）按比例减小，根据半径在y方向尺寸是否一致，可以将重物2分为三层，其中最底层三排重物2的半径保持一致，中间四排重物2的半径保持一致，最顶层四排重物2的半径保持一致。
实施例3：
本实施例的主体结构与实施例1相同，区别在于：如图6所示：为本发明的可调节薄膜应力的支撑框架3，支撑框架3主体由厚度为
的左侧铝合金板制成的左侧框架，厚度为
的铝合金板制成的右侧框架构成，左侧框架与右侧框架上相对应地开有螺栓孔9，并通过螺栓相连接固定。将滑轮5焊接在左、右两侧的框架上，在滑轮5之间安装弹性薄膜1，弹性薄膜1下端固定在橡胶垫片4上，上端通过滚轴6固定在左侧框架后的卷帘式滚轴7上。通过拉动牵引绳8可以拉动弹性薄膜1向上运动，从而调节弹性薄膜1应力。右侧框架设计成7字形，目的是方便在上方进排列该种框架，进而组成隔声板阵列。如图7所示，本发明无论采用固定框架还是可调节薄膜应力的框架，均可在x，y方向进行延拓，可根据情况选择焊接或者拼装组成隔声板阵列，适用于大型场地的隔声。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种梯度薄膜型周期复合结构，其特征在于：该周期复合结构包括弹性薄膜（1）、重物（2）、支撑框架（3），其中弹性薄膜（1）是由上下两片薄膜组成，在两片膜的中间放置重物（2），然后抽空两片薄膜间的空气，再加热压制，使重物（2）与薄膜（1）形成一个整体，最后将该整体安置在支撑框架（3）上紧绷固定；所述重物（2）按其质心周期排列，即该周期结构划分为n个边长为a的正方形元胞，每个正方形元胞的中心为重物（2）的质心位置，每一排，即x方向正方形元胞的重物（2）质量相同，而y方向正方形元胞的重物（2）质量呈梯度变化；或y方向正方形元胞的重物（2）质量相同，而x方向正方形元胞的重物（2）质量呈梯度变化。
2. 根据权利要求1所述的梯度薄膜型周期复合结构，其特征在于：所述的弹性薄膜（1）由弹性材料制成，弹性材料包括高压聚乙烯、橡胶或者硅橡胶。
3.根据权利要求2所述的梯度薄膜型周期复合结构，其特征在于：所述重物（2）为金属颗粒，其材料为铁、铅或者铜，其外形为球体、圆柱体、正方体或者长方体。
4.根据权利要求3所述的梯度薄膜型周期复合结构，其特征在于：所述金属颗粒为单个颗粒，或者由颗粒群构成，当金属颗粒为颗粒群时，其质心的位置按其质心周期排列。
5.根据权利要求4所述的梯度薄膜型周期复合结构，其特征在于：所述支撑框架（3）为矩形框架。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010761288.XA CN112837667A (zh) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | 一种梯度薄膜型周期复合结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010761288.XA CN112837667A (zh) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | 一种梯度薄膜型周期复合结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112837667A true CN112837667A (zh) | 2021-05-25 |
Family
ID=75923280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010761288.XA Pending CN112837667A (zh) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | 一种梯度薄膜型周期复合结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112837667A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103594080A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-02-19 | 国家电网公司 | 一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置 |
| WO2014139323A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Sound attenuating structures |
| CN105374348A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-03-02 | 江苏大学 | 一种低频超宽带隙瓣型局域共振声学超材料 |
| WO2017033804A1 (ja) * | 2015-08-21 | 2017-03-02 | 富士フイルム株式会社 | 防音構造 |
| CN212342263U (zh) * | 2020-07-31 | 2021-01-12 | 东南大学 | 一种梯度薄膜型周期复合结构 |
-
2021
- 2021-01-11 CN CN202010761288.XA patent/CN112837667A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014139323A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Sound attenuating structures |
| CN105122348A (zh) * | 2013-03-12 | 2015-12-02 | 香港科技大学 | 消声结构 |
| CN103594080A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-02-19 | 国家电网公司 | 一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置 |
| WO2017033804A1 (ja) * | 2015-08-21 | 2017-03-02 | 富士フイルム株式会社 | 防音構造 |
| CN105374348A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-03-02 | 江苏大学 | 一种低频超宽带隙瓣型局域共振声学超材料 |
| CN212342263U (zh) * | 2020-07-31 | 2021-01-12 | 东南大学 | 一种梯度薄膜型周期复合结构 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郭磊;张均东;曾鸿;: "变厚度薄膜型声学超材料单胞的隔声性能数值研究", 舰船科学技术, no. 01, 8 January 2020 (2020-01-08) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109493840B (zh) | 基于永磁铁斥力作用的可调双层薄膜板声学超材料结构 | |
| CN103594080A (zh) | 一种轻质低频宽带薄膜超材料隔声装置 | |
| CN107195292B (zh) | 一种宽低频吸声的超薄吸声结构 | |
| CN212342263U (zh) | 一种梯度薄膜型周期复合结构 | |
| Ma et al. | Resonant modal group theory of membrane-type acoustical metamaterials for low-frequency sound attenuation | |
| CN112259066A (zh) | 一种n阶声学超材料低频隔声结构 | |
| CN111489728A (zh) | 一种基于局域共振的主动声学超材料 | |
| CN111883094A (zh) | 一种蜂窝折边式结构薄膜声学超材料 | |
| CN111739500A (zh) | 阻尼层修饰的穿孔夹层板水下宽带吸声结构 | |
| CN105551476A (zh) | 一种基于非对称膜类亚波长结构的低频宽带吸声材料 | |
| CN111541045A (zh) | 一种具有主动调控功能的力学超材料的波动装置 | |
| CN107818777B (zh) | 基于压电分流型声学超材料的轻质低频隔声结构 | |
| CN111739501A (zh) | 阻尼内衬层级蜂窝穿孔板水下吸声结构 | |
| CN112837667A (zh) | 一种梯度薄膜型周期复合结构 | |
| CN113012673B (zh) | 一种吸声频带可调的吸声体 | |
| CN105898648B (zh) | 一种新型超薄声波阻抗变换器 | |
| CN113823254A (zh) | 非均匀质量、非对称分布的薄膜型低频隔声声学超材料 | |
| Wang et al. | Plate-type metamaterials for extremely broadband low-frequency sound insulation | |
| CN117628099A (zh) | 一种可调带隙的声学超材料隔振结构及调整方法 | |
| CN111505127A (zh) | 一种环绕型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置 | |
| US20190122649A1 (en) | Broadband acoustic absorption metamaterials | |
| CN216719477U (zh) | 通道式超材料振子元胞及其力学超材料复合器件 | |
| Ye et al. | Multilevel plate-type acoustic metamaterials with level-to-level modal antiresonance for sound insulation | |
| CN112037750B (zh) | 一种主动声学超材料结构单元、控制***及声学超材料板 | |
| CN114495881A (zh) | 非线性结构单元及低频宽带降噪超材料结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |