渐进式刚度结构-声学夹层板制造技术

本发明专利技术公开了一种夹层物质，所述夹层物质具有结构强度和显著的声学衰减。在一个实施例中，夹层由固定在两个面板之间的架构芯以及形成芯与面板之间的连接的顺应性层组成。该顺应性芯具有低模量，使得低静态负载下在夹层中低速弹性剪切波。在高静态负载下，顺应性材料变硬并允许夹层表现出显著的结构强度。

Progressive stiffness acoustic sandwich structure

A sandwich material having structural strength and significant acoustic attenuation is disclosed. In one embodiment, the sandwich consists of an architectural core fixed between the two panels and a compliant layer that forms a connection between the core and the panel. The compliant core has a low modulus and allows low velocity elastic shear waves in the interlayer under low static loads. At high static loads, the compliant material hardens and allows the interlayer to exhibit significant structural strength.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】渐进式刚度结构-声学夹层板相关申请的交叉引用本申请要求2014年8月12日申请的美国第62/036,564号、名称为“PROGRESSIVESTIFFNESSSTRUCTURAL-ACOUSTICSANDWICHPANEL”的临时申请的优先权和利益，其全部内容通过引用并入本文。本申请与美国第7,382,959号专利(“专利′959号”)和美国第7,938,989号专利(“专利′989”)相关，其全部内容通过引用并入本文。
根据本专利技术的实施例的一个或多个方面涉及结构板，更具体地涉及提供结构强度和良好声学衰减的复合夹层板。
技术介绍
机械应用中使用的片材结构可能在某些情况下受到彼此张力的性能要求的影响。例如，如果片材形成为管子，则需要片材具有有效抵抗环向应力的强度，或者如果该片材被用作承重的平台，例如车辆的地板，则需要具有有效抵抗弯曲应力的强度。还可能需要这种片材弹性衰减例如声波，以便例如在车辆内部提供声音保护。如果为了实现高的声学传输损失选择材料和尺寸，则包括复合片材设计(例如，现有技术的夹层结构)的传统片材结构可能需要牺牲机械刚性。因此，需要设计一种同时表现出机械强度和高声波衰减的结构。
技术实现思路
本专利技术的实施例的方面涉及同时具有结构强度和显著声学衰减的夹层结构。在一个实施例中，夹层结构由固定在两个面板之间的架构芯和形成芯与面板之间的连接的顺应层构成。顺应层具有在低静态负载下导致夹层结构中低速弹性剪切波的低模量。在高静态负载下，顺应性材料变硬并允许夹层结构表现出显著的结构强度和刚度。根据本专利技术的一个实施例，提供一种夹层结构，包括：具有第一主表面和背向第一主表面的第二主表面的架构芯；固定到第一主表面的第一面板；和固定到第二主表面的第二面板，芯在第一主表面处包括多个第一基座，多个第一基座中的每一个与第一面板分离多个第一基部间隙中的一个基部间隙，基部间隙具有宽度，每一个所述多个第一基座通过第一基部间隙中的多个第一顺应性基部层中的一个顺应性基部层连接到第一面板，顺应性基部层的厚度等于基部间隙的宽度，并且顺应性基部层的杨氏模量小于第一面板的杨氏模量。在一个实施例中，该结构包括：通过多个第一自蔓延聚合物波导件限定且沿第一方向延伸的多个第一桁架构件。在一个实施例中，微桁架材料包括作为主要成分的从包括以下材料的组中选择的材料：聚合物、金属、陶瓷、复合材料以及它们的组合。在一个实施例中，该结构还包括：多个第一基座壳体，每个对应于多个第一基座中的一个，每个基座壳体固定到第一基座并且围绕相应的基座，每个基座壳体的内侧壁与相应基座的侧壁通过具有宽度的多个侧间隙中的一个侧间隙分离；和多个顺应性侧层，每个顺应性侧层对应于第一基座，每个顺应性侧层具有与侧间隙的宽度相等的厚度并填充侧间隙。在一个实施例中，多个侧间隙中的每一个的宽度和多个第一基部间隙中的每一个的宽度被选择成使在兴趣频率范围内，剪切波速低于空气中的声速，以及在兴趣频率范围内，弯曲波速不同于空气中的声速，兴趣频率范围是从200Hz到4000Hz的范围。在一个实施例中，该结构包括：顺应性芯覆盖层，顺应性芯覆盖层涂敷多个第一桁架构件，其中多个第一顺应性基部层、多个顺应性侧层以及顺应性芯覆盖层形成一个材料的一个连续体。在一个实施例中，材料包括作为主要成分的具有大于0.05的损耗正切的弹性体。在一个实施例中，多个第一基座中的每一个都包括顶面，并且其中每个相应的基座壳体包括覆盖相应基座的顶面的一部分的顶部，每个基座壳体的内顶面通过具有宽度的顶部间隙与相应基座的顶面分离，并且所述结构还包括多个顺应性顶部层，每个对应于第一基座，每个顺应性顶部层具有与顶部间隙的宽度相等的厚度并填充顶部间隙。在一个实施例中，基座壳体中的每一个包括作为主要成分的从包括以下材料的组中选择的材料：环氧树脂粘合剂、丙烯酸粘合剂、光聚合物以及它们的组合。在一个实施例中，多个第一基座壳体中的基座壳体形成一个连续体。在一个实施例中，微桁架材料还包括：多个第二桁架构件，第二桁架构件通过多个第二自蔓延聚合物波导件限定且沿第二方向延伸；和多个第三桁架构件，多个第三桁架构件通过多个第三自蔓延聚合物波导件限定且沿第三方向延伸，其中第一桁架构件、第二桁架构件和第三桁架构件在多个节点处彼此互相贯通以形成连续的材料。在一个实施例中，芯为板材形状。在一个实施例中，多个第一基座中的每一个具有基本上平行于第一面板的基本上平坦的基部表面。在一个实施例中，对应于第一面板的剪切的结构的切线剪切模量相对于第二面板在第一状态中比在第二状态中小至少30个因子，第一状态对应于小于0.015的静态剪切应变，第二状态对应于大于0.05的静态剪切应变。在一个实施例中，顺应性基部层包括作为主要成分的从包括以下材料的组中选择的材料：聚氨酯弹性体、热塑性弹性体以及它们的组合。在一个实施例中，顺应性基部层包括作为主要成分的填充的弹性体。在一个实施例中，芯包括位于第二主表面处的多个第二基座，第二基座中的每一个具有基本上平坦的基部表面，所述基部表面基本上平行于第二面板、通过多个第二基部间隙中的一个基部间隙与第二面板分离，多个第二基部间隙中的所述基部间隙具有宽度，所述基部表面通过第二基部间隙中的多个第二顺应性基部层中的一个顺应性基部层连结到第二面板，多个第二顺应性基部层中的顺应性基部层的厚度与多个第二基部间隙中的所述基部间隙的宽度相等，多个第二顺应性基部层中的所述顺应性基部层的杨氏模量小于100兆帕(MPa)。在一个实施例中，芯包括开放容积，开放容积使用多孔材料填充，所述多孔材料被选择成降低芯的开放容积内的声速以及提高结构中的声学传播损失。在一个实施例中，芯包括开放容积，芯的开放容积通过连续或选择性穿孔的结构的隔膜层细分。在一个实施例中，该结构包括：形成多个六角形单元的多个单元壁，每个六角形单元具有基本垂直于第一面板和第二面板的轴线，其中第一基座中的每一个沿单元壁的边缘延伸，边缘基本平行于第一面板。在一个实施例中，多个六角形单元中的每一个包括隔离容积，并且其中隔离容积中的每一个通过连续的或者选择性穿孔的结构的隔膜层细分。附图说明下面将参考说明书、权利要求和附图来说明和理解本专利技术的上述和其它方面和优点，其中：图1A为根据本专利技术实施例的复合结构板的横截面的示意图；图1B为根据本专利技术另一个实施例的复合结构板的横截面的示意图；图2A为根据本专利技术实施例的渐进式复合弹簧的示意图；图2B为根据本专利技术实施例的作为图2A的渐进式复合弹簧的位移函数的力的曲线图；图3为根据本专利技术实施例的作为复合结构板的应变函数的应力的曲线图；图4为根据本专利技术实施例的作为应变函数的复合结构板的切线剪切模量的曲线图；图5为根据本专利技术实施例的作为复合结构板的标称剪切应变的函数的剪切波速度的曲线图；图6A为根据本专利技术另一个实施例的复合结构板的横截面视图的示意图；图6B为根据本专利技术另一个实施例的复合结构板的横截面视图的示意图；图6C为根据本专利技术另一个实施例的复合结构板的横截面视图的示意图；图7A为根据本专利技术实施例的示例性复合结构板的照片；图7B为图7A的复合结构板的近照；图8为作为频率的函数的根据本专利技术实施例的复合结构板的传输损失以及用作对照的另一个面板的传输损失的曲线图；图9为作为频率的函数的根据本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种夹层结构，包括：架构芯，所述架构芯具有第一主表面和背向所述第一主表面的第二主表面；第一面板，所述第一面板固定到所述第一主表面；和第二面板，所述第二面板固定到所述第二主表面，所述芯在所述第一主表面处包括多个第一基座，所述多个第一基座中的每一个：与所述第一面板分开多个第一基部间隙中的一个基部间隙，所述基部间隙具有宽度，和通过所述第一基部间隙中的多个第一顺应性基部层连结到所述第一面板，所述顺应性基部层的厚度等于所述基部间隙的所述宽度，并且所述顺应性基部层的杨氏模量小于所述第一面板的杨氏模量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.12 US 62/036,5641.一种夹层结构，包括：架构芯，所述架构芯具有第一主表面和背向所述第一主表面的第二主表面；第一面板，所述第一面板固定到所述第一主表面；和第二面板，所述第二面板固定到所述第二主表面，所述芯在所述第一主表面处包括多个第一基座，所述多个第一基座中的每一个：与所述第一面板分开多个第一基部间隙中的一个基部间隙，所述基部间隙具有宽度，和通过所述第一基部间隙中的多个第一顺应性基部层连结到所述第一面板，所述顺应性基部层的厚度等于所述基部间隙的所述宽度，并且所述顺应性基部层的杨氏模量小于所述第一面板的杨氏模量。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述芯包括作为主要部件的微桁架物质，所述微桁架物质包括：多个第一桁架构件，所述多个第一桁架构件通过多个第一自蔓延聚合物波导件限定并沿着第一方向延伸。3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述微桁架物质包括作为主要成分的从包括以下材料的组中选择的材料：聚合物、金属、陶瓷、复合材料及其组合。4.根据权利要求2所述的结构，还包括：多个第一基座壳体，每一个所述第一基座壳体对应于所述多个第一基座中的一个，每一个所述第一基座壳体固定到所述第一基座且围绕相应的基座，每一个所述基座壳体的内侧壁与所述相应的基座的侧壁分开多个侧间隙中的侧间隙，所述侧间隙具有宽度；和多个顺应性侧层，每一个所述顺应性侧层对应于第一基座，每一个所述顺应性侧层具有与所述侧间隙的所述宽度相等的厚度并填充所述侧间隙。5.根据权利要求4所述的结构，其中，所述多个侧间隙中的每一个的所述宽度和所述多个第一基部间隙中的每一个的所述宽度被选择为使得在兴趣频率范围内，剪切波速低于空气中的声速，以及在所述兴趣频率范围内，弯曲波速不同于所述空气中的声速，所述兴趣频率范围是从200Hz到4000Hz的范围。6.根据权利要求4所述的结构，还包括：顺应性芯覆盖层，所述顺应性芯覆盖层涂敷所述多个第一桁架构件，其中，所述多个第一顺应性基部层、所述多个顺应性侧层以及所述顺应性芯覆盖层形成一个物质的一个连续体。7.根据权利要求6所述的结构，其中，所述物质包括作为主要成分的具有大于0.05的损耗正切的弹性体。8.根据权利要求4所述的结构，其中：所述多个第一基座中的每一个都包括顶面，并且其中每一个相应的基座壳体包括覆盖所述相应的基座的所述顶面的一部分的顶部，每一个所述基座壳体的内顶面与所述相应的基座的顶面分开具有宽度的顶部间隙；以及所述结构还包括多个顺应性顶部层，每一个所述顺应性顶部层对应于第一基座，每一个顺应性顶部层具有与所述顶部间隙的所述宽度相等的厚度并填充所述顶部间隙。9.根据权利要求4所述的结构，其中，所述基座壳体中的每一个都包括作为主要成分的从包括以下材料的组中选择的材料：环氧树脂粘合剂、丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·C·克拉夫，J·M·哈德利，C·G·张，A·J·雅各布森，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US