一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构制造技术

本发明专利技术公开了一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构，属于声学技术领域，所述复合吸声结构由上毡层、中毡层及下毡层依次固接后形成；所述上毡层、下毡层和中毡层均为金属纤维毡；其中，上毡层和下毡层的厚度相等，均为1.5mm～5mm；所述中毡层的厚度等于或小于上毡层和下毡层的厚度；中毡层的表面均匀分布有一个以上通孔，通孔的轴线方向与中毡层的高度方向一致；通孔内均固定有薄膜；所述薄膜的形状与通孔的径向截面形状一致，且每个通孔内的薄膜位于同一平面内；每个薄膜上固定有质量块；本发明专利技术用于改善金属纤维毡在低频范围为0‑1500Hz的吸声性能，通过引入声学超材料夹层与质量块来改善材料设定低频率吸声性能，具有频率可调、吸声性能优良的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于声学
，具体涉及一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构。
技术介绍
噪声作为波传播的方式对人们日常生活具有普遍的影响，特别是高速铁路、航空运输等高速交通工具在运行过程中会产生较强的噪声，所以为了乘客的舒适性和减少噪声对环境的污染，降噪显得尤为重要。另外一方面，在军事领域，降低潜艇发动机噪声的可测性，以及排除低频噪声对声呐的干扰，是提高潜艇生存能力的关键技术之一。日常生活中常用的吸声材料多为纤维性吸声材料、颗粒吸声材料、泡沫塑料材料等。但是一般纤维性吸声材料质软、强度低，有机纤维材料吸湿、易燃，无机纤维材料不易降解，对环境会造成二次污染。颗粒吸声材料性脆，受撞击后容易破碎，容易引起碎片坠落等安全性问题。而泡沫塑料在运输或安装施工过程中易于破损。总之，这些日常用的吸声材料都存在着诸多材料性能缺陷，不能适用于高温、高压、高声强环境。金属多孔材料本身具有金属骨架和孔腔，通过声波引起空气的振动。由于摩擦和空气粘滞力，一部分声能转化为热能；另外，孔隙中的空气由于压缩放热、膨胀吸热，与纤维、孔壁进行热交换，也使得一部分声能吸收。因此金属多孔材料是一种理想的具有一定承载能力同时又具有良好的吸声功能的轻质吸声材料。其中，金属纤维毡是一类开孔的金属多孔吸声材料，由于其能够承受高温、高压、酸碱等恶劣环境，而被广泛应用于航空航天、核潜艇等军事领域的吸声降噪。在声波垂直入射工况下，厚度为H的金属纤维毡吸声系数∝的表达式为： ∝ = 1 - | Z - ρ 0 c 0 Z + ρ 0 c 0 | 2 ]]>其中，ρ0为空气密度，c0为声音在空气中的传播速度；金属纤维毡表面阻抗Z＝-iZeqcot(keqH)，且Zeq和keq表达式分别为： Z e q = ρ e q K e q ; k e q = ω ρ e q K e q ]]>ρeq为金属纤维毡的等效密度，Keq为金属纤维毡的等效体积模量，且ρeq和Keq均根据Johnson-Champoux-Allard声学模型计算得出；根据对金属纤维毡吸声系数∝的计算及实验研究发现，金属纤维毡利用摩擦和黏滞力作 用以及热交换效应吸声，具有中高频吸声性能优良而低频吸声较差的特点；而航天器在起飞时，由于噪音过大，容易使灵敏元器件失真或损坏。其起飞时的声强大约在130分贝到170分贝之间，所产生声音的频率涵盖了从0Hz到10000Hz的频段。其次，降低核潜艇的低频噪声的可测性是提高潜艇生存能力的关键技术之一。另外，高速铁路、航空运输等交通工具所产生的噪声，像大部分机器噪声、割草机、汽车发动机、交通噪声、中央空调冷却塔噪声等等的频率一般小于300Hz。由于金属纤维毡的低频吸声特性很差，参见附图1为厚度分别为20mm、15mm、10mm的金属纤维毡从0Hz到6400Hz的吸声系数曲线图，可知厚度为20mm的金属纤维毡在低频1000Hz频率处的吸声系数仅0.3，而在高频5000Hz时的吸声系数可以高达0.8，所以如何改善金属纤维毡的低频吸声性能非常的急迫。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构，用于改善金属纤维毡在低频范围为0-1500Hz的吸声性能，通过引入声学超材料夹层与质量块来改善材料设定低频率吸声性能，具有频率可调、吸声性能良好的特点。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构由上毡层、中毡层及下毡层依次固接后形成；所述上毡层、下毡层和中毡层均为金属纤维毡；其中，上毡层和下毡层的厚度相等，均为1.5mm～5mm；所述中毡层的厚度等于或小于上毡层和下毡层的厚度；中毡层的表面均匀分布有一个以上通孔，通孔的轴线方向与中毡层的高度方向一致；通孔内均固定有薄膜；所述薄膜的形状与通孔的径向截面形状一致，且每个通孔内的薄膜位于同一平面内；每个薄膜上固定有质量块；其中，所述薄膜为圆形或方形，其厚度为0.01mm～1mm，直径或边长为3mm～7mm；所述质量块固结在薄膜表面，其厚度为薄膜厚度的1/4～2倍，质量块与薄膜的接触面积为薄膜表面积的10％～90％。进一步的，所述上毡层、下毡层及中毡层的金属纤维毡的孔隙率为70％～95％，毡丝直径为8μm～150μm。进一步的，所述中毡层上的通孔的径向截面为圆形或方形。进一步的，所述中毡层上的通孔由两个尺寸相同的锥台形空腔的大端对接而成，所述薄膜固定在通孔的最大直径处。进一步的，所述薄膜通过粘结或烧结固定于中毡层的通孔内。进一步的，所述薄膜的材料为耐火橡胶、聚氨酯膜或铝膜。进一步的，所述质量块为圆柱体或长方体，厚度为0.01mm～1mm，直径或边长为薄膜的直径或边长的0.1～0.8倍。进一步的，所述质量块的材料为铝、铁、合金、高聚物材料或水泥。进一步的，所述质量块通过粘结或烧结固定在薄膜的几何中心处。进一步的，两层以上的复合吸声结构沿通孔的轴向排列形成整体复合结构时，在所形成的整体复合结构的上下表面分别覆有厚度为4mm的金属纤维毡层。有益效果：(1)本专利技术中的上毡层和下毡层选用具有吸声能力的金属纤维毡及中毡层通孔内的薄膜具有的声场耦合增强功能，可以大大改善现有纯金属纤维毡的低频吸声性能，同时具备更轻质的特点，并通过调节单胞构形的几何参数，可以对复合吸声结构的低频吸声性能进行适应性调整。(2)本专利技术的通过质量块构建声音共振耦合机制，从而增强金属纤维毡在低频域的吸声能力，并通过调整质量块的尺寸实现其在设定低频率的吸声性能的提高，实现吸声效果更好的毡膜复合吸声结构。附图说明图1为现有技术的厚度分别为20mm、15mm、10mm的金属纤维毡从0Hz到6400Hz的吸声系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构，其特征在于，所述复合吸声结构由上毡层(1)、中毡层(3)及下毡层(2)依次固接后形成；所述上毡层(1)、下毡层(2)和中毡层(3)均为金属纤维毡；其中，上毡层(1)和下毡层(2)的厚度相等，均为1.5mm～5mm；所述中毡层(3)的厚度等于或小于上毡层(1)和下毡层(2)的厚度；中毡层(3)的表面均匀分布有一个以上通孔(4)，通孔(4)的轴线方向与中毡层(3)的高度方向一致；通孔(4)内均固定有薄膜(5)；所述薄膜(5)的形状与通孔(4)的径向截面形状一致，且每个通孔(4)内的薄膜(5)位于同一平面内；每个薄膜(5)上固定有质量块(6)；其中，所述薄膜(5)为圆形或方形，其厚度为0.01mm～1mm，直径或边长为3mm～7mm；所述质量块(6)固结在薄膜表面，其厚度为薄膜厚度的1/4～2倍，质量块与薄膜的接触面积为薄膜表面积的10％～90％。

【技术特征摘要】
1.一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构，其特征在于，所述复合吸声结构由上毡层(1)、中毡层(3)及下毡层(2)依次固接后形成；所述上毡层(1)、下毡层(2)和中毡层(3)均为金属纤维毡；其中，上毡层(1)和下毡层(2)的厚度相等，均为1.5mm～5mm；所述中毡层(3)的厚度等于或小于上毡层(1)和下毡层(2)的厚度；中毡层(3)的表面均匀分布有一个以上通孔(4)，通孔(4)的轴线方向与中毡层(3)的高度方向一致；通孔(4)内均固定有薄膜(5)；所述薄膜(5)的形状与通孔(4)的径向截面形状一致，且每个通孔(4)内的薄膜(5)位于同一平面内；每个薄膜(5)上固定有质量块(6)；其中，所述薄膜(5)为圆形或方形，其厚度为0.01mm～1mm，直径或边长为3mm～7mm；所述质量块(6)固结在薄膜表面，其厚度为薄膜厚度的1/4～2倍，质量块与薄膜的接触面积为薄膜表面积的10％～90％。2.如权利要求1所述的一种提高设定低频吸声性能的复合吸声结构，其特征在于，所述上毡层(1)、下毡层(2)及中毡层(3)的金属纤维毡的孔隙率为70％～95％，毡丝直径为8μm～150μm。3.如权利要求1所述的一种提高金属纤维毡低频吸声性能的复合吸声结构，其特征在于，所述中毡层(3)上的通孔(4)的径向截面为圆形或方形。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡更开，陈昌儒，周萧明，程勇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11