一种芯层为薄膜型声学超材料的宽频降噪复合三明治板

技术领域

本发明涉及隔声领域，尤其涉及一种芯层为薄膜型声学超材料的宽频降噪复合三明治板。

背景技术

隔声材料的研发和应用是噪声控制的关键。但对于具有轻量化要求和空间限制的重大装备(例如飞机和高铁)，传统隔声材料在低频噪声的治理方面收效甚微。这是因为传统材料的隔声量遵循质量定律，面密度越大、频率越高、隔声效果越好。要提高结构的隔声量，特别是低频隔声量，就势必要将隔声材料做得十分厚实而笨重。过度增加隔声材料的质量和厚度显然与装备的轻量化设计原则是相矛盾的，且难以在有限的空间内实际应用。因此，采用新技术、新方法去突破传统材料的隔声质量定律限制，设计和制备具有高性能宽频隔声效果的轻薄新材料具有重大的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种结构简单、隔声效果更好的芯层为薄膜型声学超材料的宽频降噪复合三明治板。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种芯层为薄膜型声学超材料的宽频降噪复合三明治板，所述复合三明治板包括上板、芯板、下板，芯板设置在上板与下板之间，芯板上端面与上板下端面固定连接，芯板下端面与下板上端面固定连接；所述芯板包括第一框架、第二框架、薄膜、若干个第一质量块、若干个第二质量块，薄膜固定连接在第一框架、第二框架之间；第一框架上设置有若干个呈矩阵状的第一安装孔，若干个第一质量块与若干个第一安装孔相对应设置且第一质量块与薄膜的一侧固定连接；第二框架上设置有若干个呈矩阵状的第二安装孔，若干个第二质量块与若干个第二安装孔相对应设置且第二质量块与薄膜的另一侧固定连接；所述薄膜两侧的第一质量块、第二质量块相对应设置。

进一步的，所述上板包括第一初层板、隔音毡、第一底层板，第一初层板、隔音毡、第一底层板从上至下依次固定连接，第一底层板与第一框架远离薄膜的一侧表面固定连接。

进一步的，所述下板包括第二初层板、阻尼片、第二底层板，第二初层板、阻尼片、第二底层板从上至下依次固定连接，第二初层板与第二框架远离薄膜的一侧表面固定连接。

进一步的，所述薄膜的厚度为0.1～0.5mm。

进一步的，所述薄膜两侧的第一质量块、第二质量块中，相对应的第一质量块、第二质量块形状相同；同时，纵向排列的第一质量块、第二质量块形状相同但制备材料不同；横向排列的第一质量块、第二质量块形状不同。

进一步的，所述第一质量块、第二质量块均由金属制成，第一初层板、第一底层板、第二初层板、第二底层板均由木材制成。

进一步的，所述薄膜由聚酰胺、聚乙烯层叠制成，其层数为2

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明公开了一种芯层为薄膜型声学超材料的宽频降噪复合三明治板，其可以在2000Hz频带范围内实现有效的宽频隔声效果，并且其具有整体封装结构，可直接应用于实际工程，不受安装条件影响，降噪效果稳定，可广泛应用于轨道车辆、汽车、舰船、飞机等交通工具以及机组设备、建筑物等物体的噪声隔绝与防护，实现了隔声装置的轻量化效果，为隔声降噪技术的发展作出了一定的贡献。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的装配结构图；

图2为芯板的装配结构图；

图3为隔声效果对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明公开了一种芯层为薄膜型声学超材料的宽频降噪复合三明治板，由上板、芯板4、下板组成(如图1所示)。其中，上板是指“第一初层板1+隔音毡2+第一底层板3”的三明治粘接结构，芯板4是新型薄膜型声学超材料，下板是“第二初层板5+阻尼片6+第二底层板7”的三明治粘接结构。上板的底面与芯板4上表面使用结构胶粘接，下板的顶面和芯板4下表面使用结构胶粘接。

芯板4，即新型薄膜型声学超材料，由第一质量块401、第一框架402、薄膜403、第二框架404、第二质量块405共五部分组成(如图2所示)。其中，第一质量块401和第二质量块405为金属结构，也可以为其它材质，其分别安装在第一框架402的第一安装孔4021、第二框架404的第二安装孔4041内，薄膜403两侧质量块的数量和形状相对应。但是每一侧的质量块形状不完全相同，同时相同形状质量块的材料不同。质量块使用粘接剂固定在安装孔区域内薄膜的中心位置；第一框架402、第二框架404为金属结构，也可以为其它材质，两侧的框架对应设置夹住薄膜403，并使用粘接剂固定；薄膜403为高分子材料，由两种不同的高分子材料聚酰胺、聚乙烯基于吹膜成型与微纳层叠共挤出技术制备，薄膜总厚度为0.1～0.5mm，层数为2

本发明的制备步骤如下：

首先，在传统的薄膜型声学超材料基础上，将高分子薄膜进行微纳层状设计，并对附加质量块进行局部非对称调制(不同结构与材料交替周期调制)，制备芯板4，提高薄膜型声学超材料的低频(500Hz以下)带隙数量和宽度。

接着，制备“第一初层板1+隔音毡2+第一底层板3”的上板结构，提高结构的高频(1000～2000Hz)隔声。

然后，制备“第二初层板5+阻尼片6+第二底层板7”的下板结构；提高结构的中频(500～1000Hz)隔声。第一初层板、第一底层板、第二初层板、第二底层板为木板，也可以为其它材质，其厚度可以不唯一。

最后，将上板下表面、芯板4中第一框架402的上表面、芯板4中第二框架404的下表面、下板上表面粘接装配在一起即可。

仿真验证

针对本发明中的复合三明治板，取0.5m(长)×0.5m(宽)×0.018m(厚)的样件在COMSOL Multiphysics软件中进行隔声建模及计算分析。其中，复合三明治板各组成部分的厚度依次为：3mm木板、1mm隔音毡、3mm木板、6mm薄膜型声学超材料、2mm木板、1mm阻尼片、2mm木板。采用混响场声源作为激励，模型的隔声预测结果如图3所示。由图3可见，与12mm木板(不考虑声学超材料所占厚度)相比，本发明基本在全频段的隔声均显著高于木板，平均隔声量更是高出木板7.7dB；即便是与同样厚度(18mm)的木板相比，本发明在315～2000Hz的频带依然具备明显的隔声优势，平均隔声量高出木板1.5dB。

本发明可以在2000Hz频带范围内实现有效的宽频隔声效果，并且其具有整体封装结构，可直接应用于实际工程，不受安装条件影响，降噪效果稳定，可广泛应用于轨道车辆、汽车、舰船、飞机等交通工具以及机组设备、建筑物等物体的噪声隔绝与防护，实现了隔声装置的轻量化效果，为隔声降噪技术的发展作出了一定的贡献。