一種聲學超材料懸置隔振結構的製作方法

2023-11-04 06:39:52

本實用新型屬于振動噪聲控制和功能複合材料的交叉技術領域，具體涉及一種聲學超材料懸置隔振結構。

背景技術：

20世紀以來，隨著人們對交通設備乘坐舒適性、生產設備使用壽命等要求的不斷提高，懸置被廣泛應用於汽車、列車、飛機、艦船、工程機械、工具機等設備中。如在汽車中，最常用的懸置類型有發動機懸置與車身懸置，發動機是汽車主要的振動激勵源之一，良好的發動機懸置一方面可以衰減傳遞至車架的發動機振動能量，另一方面還可以起到保護髮動機的作用；車身懸置可以隔離底盤振動向車身內部的傳播，提升車內乘坐舒適性。

工程中所使用的傳統懸置單元，根據其採用彈性元件的不同，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於經典振動理論的「質量——彈簧——阻尼器」模型，並由於實際機械設備中質量分布、空間布置以及運動關係存在諸多限制，制約了懸置單元有效作用的頻帶合理設置。具體體現為高、低頻頻帶隔振能力難以兼顧，同時難以實現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機械設備的技術條件需求，突破傳統工作原理對其實施革新勢在必行。近年來，聲學超材料技術發展迅速，聲學超材料是指具有負等效質量密度或負等效模量的人工亞波長結構，由於其具有良好的低頻彈性波帶隙及導波特性，在低頻減振降噪方面具有廣泛的應用前景，為新型懸置隔振結構提供了一條可行路徑。

技術實現要素：

本實用新型的目的是解決上述問題，提供一種結構簡單、設計性好的聲學超材料懸置隔振結構。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：一種聲學超材料懸置隔振結構，該懸置隔振結構由彈性薄膜以及設置於彈性薄膜上下兩側的兩塊包裹層呈弓字形摺疊而成，所述包裹層上設置有周期性的開口，每個開口處的彈性薄膜上設置有質量塊。

優選地，所述開口為圓形開口，所述圓形開口呈矩陣式排列。

優選地，所述質量塊嵌入至彈性薄膜內。

優選地，所述弓字形摺疊的周期為一個或多個。

優選地，所述包裹層由矽錳合金鋼或矽鉻合金鋼製成。

優選地，所述包裹層由一層或多層材料組成。

優選地，所述質量塊由重金屬材料製成。

優選地，所述重金屬材料為鐵、銅或鋼。

優選地，所述彈性薄膜由彈粘性材料製成。

優選地，所述彈粘性材料為丁腈橡膠、矽橡膠或複合橡膠。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的聲學超材料懸置隔振結構，其弓字形摺疊板結構可以滿足大範圍的懸置剛度設計需求，可應用於汽車、列車、飛機、艦船、工具機等多種設備；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。經發明人測試，該懸置隔振結構可在200Hz以內形成較寬聲學禁帶，隔離低頻振動，此外也可針對工程需要，設計聲學禁帶的中心頻帶位置及禁帶寬度，靈活度高。整體而言，該懸置隔振結構簡單設計性好，結構，且所使用基礎材料皆為常規材料，易於批量化加工、生產，值得在業內推廣。

附圖說明

圖1為本實用新型聲學超材料懸置隔振結構局部剖視圖；

圖2為本實用新型聲學超材料懸置隔振結構整體結構示意圖；

圖3為本實用新型聲學超材料懸置隔振結構板面結構示意圖。

附圖標記說明：1、包裹層；2、質量塊；3、彈性薄膜。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明：

如圖1-3所示，本實用新型聲學超材料懸置隔振結構，包括彈性薄膜3、兩塊包裹層1以及若干個質量塊2。兩塊包裹層1分別設置於彈性薄膜3的上下兩側。該懸置隔振結構由彈性薄膜3以及設置於彈性薄膜3上下兩側的兩塊包裹層1呈弓字形摺疊而成。包裹層1上設置有周期性的開口，質量塊2設置於每個開口處的彈性薄膜3上。

值得說明的是，包裹層1上設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實際需要確定。包裹層1可由韌性較強的材料製成，如矽錳合金鋼或矽鉻合金鋼，兩個包裹層1可採用相同材料製成，也可採用不同材料製成，進一步的，兩個包裹層1的厚度可一樣或不一樣，沒有特殊的限制。此外，包裹層1的層數不限於一層，也可根據工程實際需求採用多層材料構成。質量塊2的形狀可以是圓形、方形、三角形或不規則形狀，其由質量密度較大的重金屬材料製成，如鐵、鋼或銅等金屬材料，厚度小於包裹層1。彈性薄膜3由粘彈性材料製成，如丁腈橡膠、矽橡膠或複合橡膠等材料。進一步的，彈性薄膜3和包裹層1的弓字形摺疊的周期可以為一個或多個。為便於安裝，懸置隔振結構的上/下表面可採用平板結構，即位於頂層和底層表面的包裹層1不設置開口。

下面以具體實施例對本實用新型的結構做進一步的說明，以進一步展示本實用新型的優點：如圖2-3所示，在本實施例中，彈性薄膜3採用丁腈橡膠製成，厚度為1㎜。兩塊包裹層1均採用矽錳合金鋼，厚度均為1㎜，固定粘接於彈性薄膜3上下兩側。除最上層和最下層表面外，包裹層1的每一層均開設16個圓形開口，圓形開口直徑8㎜，呈陣列式排列。質量塊2為圓形鐵塊，厚度2㎜，直徑6㎜，嵌入圓形開口處的彈性薄膜3內。上下包裹層1、彈性薄膜3以及質量塊2組成的板面按照弓字形摺疊排列，形成8個平面，構成如圖2所示的聲學超材料懸置隔振結構。該懸置結構在20～60Hz內的振動傳遞函數低於30dB，能夠有效隔絕和衰減該頻段內的振動與噪聲，形成聲學禁帶效果。

在實際應用中，可根據工程需求，在本實用新型的禁帶頻率及帶寬、懸置隔振結構的整體剛度、振動衰減力度等方面進行調整設計，以達到按需生產的目的。

本實用新型提供的聲學超材料懸置隔振結構，用以替代傳統懸置結構，兼具多層阻尼減振及聲學超材料隔振功能，具有低頻振動衰減能力強、易於實現選頻衰減等突出優點；其弓字形摺疊板結構可以滿足大範圍的懸置剛度設計需求,且無高頻硬化問題。該結構可用於汽車、船艦等設備中低頻振動與噪聲的降低、隔離及控制。

本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為本實用新型的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本實用新型公開的這些技術啟示做出各種不脫離本實用新型實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護範圍內。