本實(shí)用新型屬于聲學(xué)超材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板。

背景技術(shù)：

振動在自然界廣泛地存在著，而在實(shí)際生活環(huán)境中的絕大多數(shù)振動源分布在250Hz以下的低頻范圍，該頻率范圍內(nèi)的低頻振動和噪聲由于其能量衰減慢，傳播距離遠(yuǎn)，穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，難以控制和阻隔，對工業(yè)生產(chǎn)及人體都產(chǎn)生了很大的危害。工程中，常使用隔聲材料及阻尼材料來降低低頻振動與噪聲。傳統(tǒng)隔聲材料要隔離聲波和振動時，一般需要隔聲材料部件的厚度尺寸與聲波波長相匹配，如果要隔離100Hz以下的聲波，就需要厚度超過1m的隔聲材料，這在汽車、列車、飛機(jī)等內(nèi)部空間緊湊的設(shè)備中，顯然是不現(xiàn)實(shí)的；阻尼材料對低頻振動與噪聲有一定的消減作用，但隨著輕量化、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等要求的不斷增強(qiáng)，對阻尼材料的質(zhì)量限制也越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)阻尼材料并不能滿足低頻減振降噪的需求；因此迫切需要開發(fā)新的低頻減振降噪材料。

聲學(xué)超材料是一種近年來發(fā)展起來的新型人工功能材料，聲學(xué)超材料與電磁超材料相對應(yīng)，是指具有負(fù)等效質(zhì)量密度或負(fù)等效模量的人工亞波長結(jié)構(gòu)，由于其具有良好的彈性波帶隙及導(dǎo)波特性，在低頻振動與噪聲控制領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。一方面，聲學(xué)超材料能夠在低頻范圍內(nèi)，對振動彈性波產(chǎn)生“禁帶”效應(yīng)，達(dá)到隔離振動的目的；另一方面，聲學(xué)超材料中的缺陷結(jié)構(gòu)具有相對較高的彈性波傳遞能力，即形成“波導(dǎo)”，能夠?qū)⒋蟛糠值恼駝訌椥圆芰恳龑?dǎo)、分頻至相應(yīng)的動力吸振器、振動能量回收器等機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對低頻振動的控制。由此可見，聲學(xué)超材料技術(shù)為低頻振動與噪聲的控制提供了一條可行路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是解決上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)性好的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，包括彈性薄膜，兩塊復(fù)合材料板以及若干個質(zhì)量片，其中，兩塊所述復(fù)合材料板分別粘接于彈性薄膜上下兩側(cè)，所述復(fù)合材料板上設(shè)置有周期性排列的開口，若干個所述質(zhì)量片分別設(shè)置于開口處的彈性薄膜上，所述質(zhì)量片在分布中具有缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量片質(zhì)量不均等、質(zhì)量片位置偏心或質(zhì)量片缺失中的至少一種。

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。

優(yōu)選地，所述質(zhì)量片的形狀為圓形、方形、三角形或不規(guī)則形狀。

優(yōu)選地，所述質(zhì)量片厚度小于復(fù)合材料板。

優(yōu)選地，所述質(zhì)量片由重金屬材料制成。

優(yōu)選地，所述重金屬材料為鐵、銅或鋼。

優(yōu)選地，所述彈性薄膜由彈粘性材料制成。

優(yōu)選地，所述彈粘性材料為丁腈橡膠、硅橡膠或復(fù)合橡膠。

優(yōu)選地，所述復(fù)合材料板采用輕質(zhì)材料制成。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，在彈性薄膜兩側(cè)設(shè)置復(fù)合材料板，同時復(fù)合材料板上設(shè)置開口，粘接于開口處的質(zhì)量片在整體分布上具有缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)，使得本實(shí)用新型可在1000Hz以下形成較寬聲學(xué)禁帶，隔離低頻振動與噪聲，同時可在1000Hz以內(nèi)形成若干波導(dǎo)，將波導(dǎo)頻率內(nèi)的振動能量引導(dǎo)至指定位置或方向，被動力吸振器或振動能量回收器等機(jī)構(gòu)吸收。進(jìn)一步的，該聲學(xué)超材料板件總厚度可小于5mm，較為輕薄，平面尺寸可靈活設(shè)計(jì)，敷設(shè)方式與傳統(tǒng)產(chǎn)品相近，在汽車、列車、飛機(jī)、艦船等設(shè)備中易于布置。整體而言，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)性好，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

圖1是本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的基本晶胞單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的基本晶胞單元結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的質(zhì)量片分布缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1、質(zhì)量片；2、復(fù)合材料板；3、彈性薄膜；4、缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明：

如圖1-4所示，本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，包括彈性薄膜3，兩塊復(fù)合材料板2以及若干個質(zhì)量片1。兩塊復(fù)合材料板2分別粘接于彈性薄膜3上下兩側(cè)，復(fù)合材料板2上設(shè)置有周期性排列的開口，若干個質(zhì)量片1分別粘接在開口處的彈性薄膜3上，質(zhì)量片1在分布中具有缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)4。缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)4是針對若干個質(zhì)量片整體的布置情況，包括質(zhì)量片1質(zhì)量不均等、質(zhì)量片1位置偏心或質(zhì)量片1缺失中的至少一種。

需要說明的是，復(fù)合材料板2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(shí)際需要確定。復(fù)合材料板2可由輕質(zhì)材料制成。質(zhì)量片1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，厚度小于復(fù)合材料板2。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。

下面以本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的基本晶胞為例，對本實(shí)用新型缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以便進(jìn)一步展示本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：如圖1所示，基本晶胞為構(gòu)成整個缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板的最小單元。晶胞整體為方形結(jié)構(gòu)，每個晶胞的邊長為40㎜。彈性薄膜3采用丁腈橡膠制成，厚度為1㎜。復(fù)合材料板2采用纖維復(fù)合材料制成，厚度為2㎜，粘接于彈性薄膜3上下兩側(cè)。復(fù)合材料板2上設(shè)置圓形開口，直徑為30㎜，圓形開口呈矩陣式排列。質(zhì)量片1為圓形鐵片，直徑24.5㎜，厚度1㎜，粘接于開口處的彈性薄膜3上。如圖4所示，將前述晶胞按照所需的排列組成缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，其中第六列第一行晶胞單元的質(zhì)量片1缺失，第六列第三行及第五行晶胞單元的質(zhì)量片1偏心布置。該聲學(xué)超材料板在100Hz～150Hz內(nèi)震動傳遞函數(shù)地獄20dB，形成聲學(xué)禁帶效果，其中第六列在120Hz附近形成波導(dǎo)。

值得說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)工程需求，對基本晶胞的幾何尺寸，晶胞排列個數(shù)、禁帶頻率及帶寬、波導(dǎo)頻率及帶寬進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到按需生產(chǎn)的目的。進(jìn)一步的，關(guān)于質(zhì)量片1分布的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)4也不限于實(shí)施例中的質(zhì)量片1缺失和質(zhì)量片1偏心位置構(gòu)成。也可以使其中某些質(zhì)量片1的質(zhì)量和其它質(zhì)量片1相比不均等，或者質(zhì)量片采取不一樣的材質(zhì)。缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)4的具體設(shè)置可以根據(jù)實(shí)際工程需求進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)用新型提供的缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板，在低頻范圍內(nèi)具有良好的彈性波帶隙及導(dǎo)波特性，能夠?qū)Φ皖l振動彈性波產(chǎn)生“禁帶”效應(yīng)，達(dá)到隔離振動的目的，且其缺陷結(jié)構(gòu)具有相對較高的彈性波傳遞能力，能將振動彈性波能量引導(dǎo)、分頻至相應(yīng)的動力吸振器、振動能量回收器等機(jī)構(gòu)。該缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲學(xué)超材料板可用于汽車、列車、船艦、飛機(jī)等設(shè)備中低頻振動與噪聲的降低、隔離及控制。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)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實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。