本发明专利技术涉及一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，包括上面板、下面板以及设置在上面板和下面板之间的波纹芯子层，上面板上开设有微孔，构成超构表面，波纹芯子层呈周期性排列在上面板和下面板之间，波纹芯子层是由若干个中间支撑板延续形成的波纹结构，每个中间支撑板的上下两端均与上面板和下面板相连，上面板的下侧设置有弧形结构。与现有技术相比，本发明专利技术在上面板上设计了类似于鱼腹的弧形结构，通过改变微孔的位置来间接调控微孔的厚度，为吸声的调控增加了新的自由度。该发明专利技术结合了弱共振相干耦合理论，实现了低宽频的吸声。本发明专利技术结构简单，只需要一个弧形结构就可以实现低宽频吸声，并且弧形结构可以增加结构的抗弯性能。结构的抗弯性能。结构的抗弯性能。
【技术实现步骤摘要】
一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构
[0001]本专利技术涉及工程应用中的声波调控领域，尤其是涉及一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构。
技术介绍
[0002]航空航天中吸声性能关系到乘客的舒适度、装备的安全等级和设备能否正常运行；在制造车间内，吸声材料可以用来保护工作人员的身体健康；一些特殊的场所，例如运动馆，也需要吸声材料来降低声音对运动员的影响；高铁，火车等交通工具中的吸声材料可以保障驾驶员的安全。因此，优异的吸声性能对轻质结构的功能型应用具有重要意义。吸声就是通过吸收一部分声波进而降低反射来减小舱室内的噪声。
[0003]中国专利CN109763577A公开了一种带粗糙表面修饰微孔的微穿孔板吸声体，包括穿孔面板和刚性背衬，穿孔面板和刚性背衬之间是空腔，穿孔面板上开设有粗糙吸音孔，开孔方向均为垂直于上面板，穿孔面板上开设的吸音孔的粗糙孔形由函数控制；具有较好的中低频段吸音性能以及较灵活的调节吸声功能，同时兼具重量轻的特点。中国专利CN113362794A公开了一种粗糙微通道多孔吸声结构，包括多孔材料板和刚性背衬，材料板上开设有粗糙吸声孔，开孔方向均为垂直于材料板，多孔材料板上开设的吸声孔的粗糙孔形由余弦函数控制；具有较好的中低频段吸声性能以及较灵活的调节吸声功能，同时兼具重量轻的特点。然而以上两个专利公开的吸声结构都没有过多关注力学承载性能。
[0004]声学超构材料因其独特的结构特点，能够以小尺寸实现对大波长声波的有效调控，实现吸声的功能。在实际应用中，高吸收宽频段的吸声器具有较大的厚度。一些低频段的宽带吸声器虽然有较小的厚度，但是结构较为复杂，并且忽略了结构的力学性能。
[0005]因此，研发一种可以实现低频宽带吸收的并且兼顾力学性能的降噪结构在工程实际应用中很有必要。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构。
[0007]本专利技术提供的方案为一种多功能波纹夹芯结构，基于本专利技术的技术方案，可以在低频下实现宽带吸声且兼具力学承载性能，能够为工程中的低频降噪问题提供解决方案。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术提供一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，包括上面板、下面板以及设置在上面板和下面板之间的波纹芯子层，所述上面板上开设有微孔，构成超构表面，所述上面板的下侧设置有弧形结构，一个完整的弧形结构位于波纹芯子层相邻的两个中间支撑板之间。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述波纹芯子层呈周期性排列在上面板和下面板之间。所述波纹芯子层的顶部与上面板的下表面固定连接，所述波纹芯子层的底部与下面板的上表面固定连接。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，所述波纹芯子层是由若干个中间支撑板延续形成的波纹结构，每个中间支撑板的上下两端均与上面板和下面板相连。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，构成所述波纹芯子层的中间支撑板选择为平板或具有曲面的弧形板。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，构成所述波纹芯子层的所有中间支撑板为一整体结构。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述上面板、下面板与波纹芯子层为一体成型结构，且材料相同。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，所述上面板上开设的微孔为通孔，所述上面板上开设的微孔的直径、深度(即相当于微孔所在位置上面板的厚度)和数量与吸声系数存在关系，即，将上面板上开设的微孔的直径、深度和数量与所需吸收的声音的频段相适应。由于上面板的下侧设置有弧形结构，弧形为抛物线形状，所以在上面板不同位置的微孔其深度不同，可以通过调节位置来调节微孔的深度。
[0016]微孔的声阻抗计算如下：
[0017][0018]其中，d
n
为上面板第n个单胞上的微孔的直径，t
n
为上面板第n个单胞上的微孔的深度，η为空气动力粘度，p
n
为上面板的穿孔率，ω为声的角频率，ρ0为空气的密度，单胞是指由波纹芯子层相邻的两个中间支撑板，以及位于波纹芯子层相邻的两个中间支撑板之间具有完整的弧形结构的上面板组成的单元；
[0019]单胞的声阻抗计算如下：
[0020][0021]其中，ρ0为空气密度，c0为空气中的声速，k为声波的波数，D为单胞的空腔体积与所述单胞中上面板下侧弧形结构的弧形表面的面积之比，Z
Mn
为微孔的声阻抗；
[0022]兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的总体声阻抗计算如下：
[0023][0024]其中，Z为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的总体声阻抗，Z
n
为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的第n个单胞的声阻抗，ω
n
为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的第n个单胞的宽度，A为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的整体宽度，单胞的宽度是指单胞中两个中间支撑板之间的最远距离，兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的整体宽度是指沿单胞延伸方向的上面板的长度；
[0025]兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的吸声系数的计算如下：
[0026][0027]其中，Z为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的总体声阻抗，ρ0为空
气密度，c0为空气中的声速。
[0028]本专利技术应用强化学习算法，可以根据所需的频率范围和吸收性能要求来确定孔的几何参数。
[0029]在本专利技术的一个实施方式中，所述波纹夹芯结构的厚度为亚波长厚度，这里所称的厚度为包括上面板、下面板和波纹芯子层在内的整体厚度。
[0030]在本专利技术的一个实施方式中，具体地，上面板在弧形结构两端的厚度为1mm，上面板在弧形结构中点的厚度为3mm，弧形为抛物线形状，波纹芯子板的厚度为1mm，波纹芯子层的厚度为34.4mm，下面板的厚度为1mm。即，所述弧形结构的拱高为3mm。
[0031]本专利技术还提供兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的设计方法，用于获得所述兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，该设计方法包括以下步骤：
[0032]S1：获取波纹夹芯结构的总体厚度，生成整体模型，所述整体模型包括上面板及其微孔、下面板和波纹芯子层，所述上面板的弧形结构拱高及微孔的直径、位置和数量是通过步骤S2的计算且不断修正使其满足要求最终确定的；
[0033]S2：上面板的微孔的直径、位置和数量与所需吸收的声音的频段相适应，应用强化学习算法计算出各个参数下整体模型在各个频率处的吸声系数，得到整体模型的工作频段，整体模型在所述工作频段的吸声系数不小于预设值的吸声系数阈值；
[0034]微孔的声阻抗计算如下：
[0035][0036]其中，d
n
为上面板第n个单胞上的微孔的直径，t
n
为上面板第n个单胞上的微孔的深度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，其特征在于，包括上面板、下面板以及设置在上面板和下面板之间的波纹芯子层，所述波纹芯子层是由若干个中间支撑板延续形成的波纹结构，每个中间支撑板的上下两端均与上面板和下面板相连；所述上面板上开设有微孔，构成超构表面，所述上面板的下侧设置有弧形结构，一个完整的弧形结构位于波纹芯子层相邻的两个中间支撑板之间。2.根据权利要求1所述的一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，其特征在于，所述波纹芯子层呈周期性排列在上面板和下面板之间，所述波纹芯子层的顶部与上面板的下表面固定连接，所述波纹芯子层的底部与下面板的上表面固定连接。3.根据权利要求1所述的一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，其特征在于，构成所述波纹芯子层的中间支撑板选择为平板或具有曲面的弧形板。4.根据权利要求1所述的一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，其特征在于，构成所述波纹芯子层的所有中间支撑板为一整体结构。5.根据权利要求1所述的一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，其特征在于，所述上面板、下面板与波纹芯子层为一体成型结构，且材料相同。6.根据权利要求1所述的一种兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构，其特征在于，所述上面板上开设的微孔为通孔，所述上面板上开设的微孔的直径、深度和数量与吸声系数存在如下关系，所述微孔的声阻抗计算如下：其中，d
n
为上面板第n个单胞上的微孔的直径，t
n
为上面板第n个单胞上的微孔的深度，η为空气动力粘度，p
n
为上面板第n个单胞的穿孔率，ω为声的角频率，ρ0为空气的密度，单胞是指由波纹芯子层相邻的两个中间支撑板，以及位于波纹芯子层相邻的两个中间支撑板之间具有完整的弧形结构的上面板组成的单元；单胞的声阻抗计算如下：其中，ρ0为空气密度，c0为空气中的声速，k为声波的波数，D为单胞的空腔体积与所述单胞中上面板下侧弧形结构的弧形表面的面积之比，Z
Mn
为微孔的声阻抗；兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的总体声阻抗计算如下：其中，Z为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的总体声阻抗，Z
n
为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的第n个单胞的声阻抗，ω
n
为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的第n个单胞的宽度，A为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的整体宽度，单胞的宽度是指单胞中两个中间支撑板之间的最远距离，兼具
力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的整体宽度是指沿单胞延伸方向的上面板的长度；兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的吸声系数的计算如下：其中，Z为兼具力学承载和低宽频吸声功能的波纹夹芯结构的总体声阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：金亚斌，杨怡龙，温治辉，李勇，李岩，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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