一种共振耦合超材料结构及制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种共振耦合超材料结构及制造工艺，包括包括盖板、耦合腔本体及底板，所述耦合腔本体与盖板及底板紧密连接形成一种吸声单元结构，所述盖板设有至少一个吸声管体和\或孔，所述耦合腔本体设有至少一个声学腔。该共振耦合超材料结构，可实现在较宽的频率范围内具有优异声学效果，相比传统声学材料，可以减少材料厚度，提高声学性能，改善耐候性和环保性能。环保性能。环保性能。

【技术实现步骤摘要】
一种共振耦合超材料结构及制造工艺


[0001]本专利技术涉及吸声装置
，具体为一种共振耦合超材料结构及制造工艺。

技术介绍

[0002]目前，穿孔板共振吸收结构，其穿孔板上的每个孔后都有封闭空腔，相当于许多并联的“亥姆霍兹”共振器，当入射波的频率和系统的共振频率一致时，即产生共振。但是若是单一的亥姆霍兹结构的使用，往往只能处理单一频率噪声或者降噪频段范围达不到预期，虽然单个亥姆霍兹结构的吸声系数都很好，但整体耦合结构的吸声系数在宽频的范围内都弱于各个吸声单元。并且，该结构具使用时有较大的厚度，要达到预期的降噪量所需空间较大。对于传统的单自由度和双自由度阻性声学材料，吸声材料厚度大，吸声频率范围较窄；而对于传统的亥姆霍兹抗性声学结构，其良好吸声范围仅为一个频率尖峰。
[0003]根据2019年NASA在25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference上提出的声学超结构；图24为现有技术中的声学超结构，图25为现有技术的声学超结构在在1000Hz～3000Hz频率范围内对应的吸声系数，该结构在1000Hz～3000Hz频率范围内，平均吸声系数为0.9。在建筑声学，航空气动声学、环境噪声治理等领域，存在大量宽频段的噪声，同时又需要大面积使用吸声墙壁板，需要采用共振耦合超材料结构进行铺设，但是在生产制造对应的共振耦合超材料结构的结构件时，传统的机械加工方法成本较高，且制造流程复杂，不适合批量生产。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种共振耦合超材料结构及制造工艺，解决了现有单一的亥姆霍兹结构使用时的降噪频带不宽的缺点。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种共振耦合超材料结构，包括盖板、耦合腔本体及底板，所述耦合腔本体与盖板及底板紧密连接形成一种吸声单元结构，所述盖板设有至少一个吸声管体和\或孔，所述耦合腔本体设有至少一个声学腔。
[0007]较佳地，所述耦合腔本体内设有至少一层腔体结构，所述腔体结构具有至少一个声学腔，每个所述声学腔与所述盖板的吸声管体和\或孔匹配设置。
[0008]较佳地，所述声学腔为单层声学腔或多层声学腔，所述单层声学腔为贯通腔体，所述多层声学腔之间通过具有腔体孔和\或腔体管体的横向隔板分隔形成。
[0009]较佳地，所述耦合腔本体通过竖向隔板分割形成若干单元声学腔，所述吸声管体和\或孔与单元声学腔匹配组合。
[0010]较佳地，所述耦合腔本体侧边设有对接结构。
[0011]较佳地，所述对接结构为燕尾扣，所述耦合腔本体的第一侧壁及与第一侧壁相邻的第二侧壁设置结构凸型结构燕尾扣，第三侧壁及与第三侧壁相邻的第四侧壁设置凹型结构燕尾扣，所述盖板及底板设置有与对接燕尾扣相匹配的盖板燕尾扣及底板燕尾扣。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种吸声挡板支撑结构，所述吸声挡板支撑结构为与如上共振耦合超材料结构形成的吸声面板相匹配的抗性结构和/或阻性结构。
[0013]较佳地，所述共振耦合超材料结构可以与抗性结构和/或阻性结构串联和/或并联使用。
[0014]较佳地，所述抗性材料至少为为井字格，蜂窝板，穿孔板任意一种，所述阻性材料至少为为金属丝网或吸声棉任意一种。
[0015]第三方面，本专利技术提供一种共振耦合超材料结构的制造工艺，用于制造如上所述的共振耦合超材料结构，所述共振耦合超材料结构采用金属和/或非金属材料加工工艺合成一体；具体包括：
[0016]对盖板和底板采用金属组合冲压加工方式成型；
[0017]耦合结构本体采用金属挤压工艺成型；
[0018]盖板、耦合结构本体和底板再通过金属焊接工艺组合成型。
[0019]较佳地，对盖板和底板采用金属组合冲压加工方式成型，具体包括，采用下料模具将盖板外轮廓冲压成型；
[0020]根据吸声管体和\或孔的数量及位置设置组合冲压模具，下料模具于采用组合冲压模具的作用下形成粗冲孔；
[0021]于粗冲孔形成的状态下进行二次冲压以形成精冲孔。
[0022]较佳地，根据吸声管体和\或孔的数量及位置设置组合冲压模具，下料模具于采用组合冲压模具的作用下形成粗冲孔；具体包括：
[0023]根据吸声管体的管截面尺寸和所需长度切割成型；
[0024]于切割成型的状态下做管口冲扩口处理以方便和盖板组合。
[0025]较佳地，对盖板和底板采用金属组合冲压加工方式成型，具体包括，
[0026]采用下料模具将底板外轮廓冲压成型；
[0027]于落料成型后直接形成底板。
[0028]较佳地，耦合腔本体采用金属挤压工艺成型；具体包括，
[0029]采用金属挤压工艺一次挤压成型预定长度的耦合腔；
[0030]于耦合腔挤压成型后进行矫直处理；
[0031]按照规定的厚度对预定长度的耦合腔进行切割处理以形成耦合腔本体；
[0032]对耦合腔本体的切割面做打磨去除毛刺处理。
[0033]较佳地，还包括，
[0034]于耦合腔本体设置多层声学腔结构状态下对分层的横向隔板采用冲压压料成型，具体包括，将具有腔体管体和/或腔体孔的横向隔板一次冲压成型。
[0035]较佳地，盖板、耦合腔本体和底板再通过金属焊接工艺组合成型，具体包括，
[0036]于耦合腔本体上下面涂抹钎焊料下将盖板和底板通过夹具与耦合腔本体连接；
[0037]于耦合腔本体与盖板及底板夹紧成型后，将温度控制在620
±
10℃，钎焊成型时间为40分钟。
[0038]较佳地，还包括，于耦合腔本体上下面涂抹钎焊料下将盖板和底板通过夹具与耦合腔本体连接；具体包括，
[0039]于耦合腔本体为多层声学腔结构的状态下在隔板周圈涂抹钎焊料；
[0040]通过定位工装嵌入耦合腔本体预定高度位置处；
[0041]对吸声管体扩口位置处涂抹钎焊料；
[0042]嵌入盖板及底板与耦合腔本体夹紧连接。
[0043]第四方面，本专利技术提供一种共振耦合超材料结构的制造工艺，用于制造如上所述的共振耦合超材料结构，所述共振耦合超材料结构采用金属和/或非金属材料加工工艺合成一体；具体包括：
[0044]采用注塑模具将具有吸声管体和/或孔的盖板注塑成型；
[0045]采用注塑模具耦合腔本体注塑成型；
[0046]底板为非金属板材切割成型；
[0047]采用高频焊接和/或粘结工艺将盖板、耦合腔本体和底板组成成型。
[0048]第五方面，本专利技术提供一种共振耦合超材料结构的设计方法，单层声学腔体的总阻抗Z
‑
Single可通过下式表示；
[0049][0050]多层声学腔体的总阻抗Z
‑
Total可通过下式表示；
[0051][0052]上式中，
[0053]A为整体结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共振耦合超材料结构，其特征在于，包括盖板、耦合腔本体及底板，所述耦合腔本体与盖板及底板紧密连接形成一种吸声单元结构，所述盖板设有至少一个吸声管体和\或孔，所述耦合腔本体设有至少一个声学腔。2.根据权利要求1所述的一种共振耦合超材料结构，其特征在于，所述耦合腔本体内设有至少一层腔体结构，所述腔体结构具有至少一个声学腔，每个所述声学腔与所述盖板的吸声管体和\或孔匹配设置。3.根据权利要求1所述的一种共振耦合超材料结构，其特征在于，所述声学腔为单层声学腔或多层声学腔，所述单层声学腔为贯通腔体，所述多层声学腔之间通过具有腔体孔和\或腔体管体的横向隔板分隔形成。4.根据权利要求1所述的一种共振耦合超材料结构，其特征在于，所述耦合腔本体通过竖向隔板分割形成若干单元声学腔，所述吸声管体和\或孔与单元声学腔匹配组合。5.根据权利要求1所述的一种共振耦合超材料结构，其特征在于，所述耦合腔本体侧边设有对接结构。6.根据权利要求5所述的一种共振耦合超材料结构，其特征在于，所述对接结构为燕尾扣，所述耦合腔本体的第一侧壁及与第一侧壁相邻的第二侧壁设置结构凸型结构燕尾扣，第三侧壁及与第三侧壁相邻的第四侧壁设置凹型结构燕尾扣，所述盖板及底板设置有与对接燕尾扣相匹配的盖板燕尾扣及底板燕尾扣。7.一种吸声挡板支撑结构，其特征在于，所述吸声挡板支撑结构为与如上权利要求1至6任一共振耦合超材料结构形成的吸声面板相匹配的抗性结构和/或阻性结构。8.根据权利要求7所述的一种吸声挡板支撑结构，其特征在于，所述共振耦合超材料结构可以与抗性结构和/或阻性结构串联和/或并联使用。9.根据权利要求7所述的一种吸声挡板支撑结构，其特征在于，所述抗性材料至少为为井字格，蜂窝板，穿孔板任意一种，所述阻性材料至少为为金属丝网或吸声棉任意一种。10.一种共振耦合超材料结构的制造工艺，其特征在于，用于制造如权利要求1至6任一项所述的共振耦合超材料结构，所述共振耦合超材料结构采用金属和/或非金属材料加工工艺合成一体；具体包括：对盖板和底板采用金属组合冲压加工方式成型；耦合结构本体采用金属挤压工艺成型；盖板、耦合结构本体和底板再通过金属焊接工艺组合成型。11.根据权利要求10所述的一种共振耦合超材料结构的制造工艺，其特征在于，对盖板和底板采用金属组合冲压加工方式成型，具体包括，采用下料模具将盖板外轮廓冲压成型；根据吸声管体和\或孔的数量及位置设置组合冲压模具，下料模具于采用组合冲压模具的作用下形成粗冲孔；于粗冲孔形成的状态下进行二次冲压以形成精冲孔。12.根据权利要求11所述的一种共振耦合超材料结构的制造工艺，其特征在于，根据吸声管体和\或孔的数量及位置设置组合冲压模具，下料模具于采用组合冲压模具的作用下形成粗冲孔；具体包括：根据吸声管体的管截面尺寸和所需长度切割成型；
于切割成型的状态下做管口冲扩口处理以方便和盖板组合。13.根据权利要求10所述的一种共振耦合超材料结构的制造工艺，其特征在于，对盖板和底板采用金属组合冲压加工方式成型，具体包括，采用下料模具将底板外轮廓冲压成型；于落料成型后直接形成底板。14.根据权利要求10所述的一种共振耦合超材料结构的制造工艺，其特征在于，耦合腔本体采用金属挤压工艺成型；具体包括，采用金属挤压工艺一次挤压成型预定长度的耦合腔；于耦合腔挤压成型后进行矫直处理；按照规定...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟，李勇，
申请(专利权)人：上海声望声学科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：