【技术实现步骤摘要】
本技术涉及噪声治理新材料、新，具体是一种高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构及复合超结构，可以应用于现代交通运载工具(轨道车辆、航空器、航天器、船舶、汽车、工程运料车)、新型功能场馆/室(候车厅馆、录音/演播厅、会议场馆、多功能教室、消声室)、智能家具(空调、冰箱、洗衣机、新风系统)以及输变电站、道路声屏障、管道系统等声学控制。
技术介绍
1、具有轻质、高刚度等优点的多功能复合承载结构广泛应用于飞机、船舶、高铁等领域。当前，新型装备正朝着大功率、高速、轻量化、智能化等方向发展，人们对装备的隔音降噪以及结构刚度有了更高的要求。对于高频噪声的控制，由于其波长短、传递能力弱的特点，通过使用普通的轻薄吸隔声材料能实现较好的降噪效果。而对于低频噪声(100-1000hz)的控制，受到质量定律的限制，使得传统结构只能通过增大结构质量来实现低频高隔声量，而质量的增加又与现代装备的发展理念背道而驰，不能很好地满足实际工程应用需要。如何在保证轻量化的同时实现低频高隔声量且能兼顾较大的刚度是工程界面临的一大挑战。
2、近年来，声物理学和凝聚态物理学领域提出和发展的超材料技术能够打破质量定律限制，为隔声降噪控制提供了新思路、新方法。超材料/结构是指由特殊设计的人工振子单元(如局域共振单元，简称振子)按一定方式附加于基体结构而构成的新型复合结构(如附加于基体板壳结构上构成超材料板壳结构)。声学超材料/结构所具有的超常物理特性(如负等效质量密度、负等效模量等)，可以实现对低频弹性波和声波的超常操控，使得其在低频减振降噪领域具有广阔应用价值。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中的不足，本技术提供一种高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构及复合超结构，能够有效地兼具高刚度和低频隔声性能，具有广阔的工程应用前景。
2、为实现上述目的，本技术提供一种高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，包括两层高刚度高孔隙率的高承载结构部与一层柔性薄层隔声部；
3、所述高承载结构部包括一层高孔隙率板壳结构层与一层支撑质量层，所述支撑质量层包括若干离散分布在所述高孔隙率板壳结构层一侧上的支撑质量体；
4、所述柔性薄层隔声部位于两所述高承载结构部之间，且所述柔性薄层隔声部的两面分别与所述支撑质量层相连。
5、在其中一个实施例，所述高孔隙率板壳结构层为孔隙率大于或等于30％的高透声板壳结构。
6、在其中一个实施例，所述柔性薄层隔声部为厚度小于或等于1mm的薄板，且所述柔性薄层隔声部的弯曲刚度小于0.5mm的铝板的弯曲刚度。
7、在其中一个实施例，所述高承载结构部与所述柔性薄层隔声部之间的腔体中填充有多孔吸声介质。
8、在其中一个实施例，所述高孔隙率板壳结构层上孔的几何形状为圆形、椭圆形、矩形、梯形、菱形、三角形或轴对称型规则多边形；
9、所述高孔隙率板壳结构层的材质为金属材料、塑料材料、橡胶材料、树脂材料、复合材料中的一种。
10、在其中一个实施例，所述支撑质量体为条状体或块状体；
11、所述支撑质量体的横截面形状为矩形、锥形、梯形、菱形、三角形或者轴对称规则多边形。
12、为实现上述目的，本技术还提供一种高承载与低频高隔声功能一体化复合超结构，包括两个以上的上述高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构；
13、各所述高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构依次层叠，相邻的两所述高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构之间直接相连或通过连接结构相连。
14、为实现上述目的，本技术还提供一种高承载与低频高隔声功能一体化复合超结构，包括声学解耦部、板壳结构部以及上述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构；
15、所述声学解耦部位于所述高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构和板壳结构部之间；或
16、所述声学解耦部位于所述高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构的一侧；或
17、所述声学解耦部位于所述板壳结构部的一侧。
18、在其中一个实施例，所述声学解耦部为孔隙率大于70％的高孔隙率声学介质。
19、在其中一个实施例，所述板壳结构部为高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构、均质材料板壳、复合材料板壳、蜂窝夹芯板壳、波纹夹芯板壳、轻质泡沫夹芯板壳或点阵结构夹芯板壳中的一种。
20、与现有技术相比，本技术具有如下有益技术效果：
21、本技术中通过在传统板型声学超材料的基础上引入由高孔隙率板壳结构层和离散分布的支撑质量体组成的高承载结构部，使得高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构不仅结构简单、合理，而且能够有效地兼具高刚度和低频隔声性能。
22、具体地，本技术在传统板型声学超材料的基础上由高孔隙率板壳结构层和一组离散分布的支撑质量体组成的高承载结构部，以提高其刚度和承载能力，同时确保不会影响板型声学超材料的低频隔声性。其中，高孔隙率板壳结构层的孔隙率对高承载结构部与高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构的隔声性能有影响。具体表现为：在一定范围内高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构的隔声带宽随着孔隙率的增加而增加，当孔隙率不小于30％时，孔隙率的改变对高承载与低频高隔声功能一体化超材料隔声性能的影响较小。高承载与低频高隔声功能一体化超材料在声波激励的条件下，会在设计频率范围内会产生一定数量的隔声峰和隔声谷，隔声峰和隔声谷的产生与高承载与低频高隔声功能一体化超材料的动态等效面密度相关。具体地，隔声峰频率处，高承载与低频高隔声功能一体化超材料有最大动态等效面密度。
23、综上，本技术既具有良好的低频、高效的隔声性能，又具有高刚度的承载能力，是一种多功能复合型超结构，具有广阔的工程应用前景。
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1.一种高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，包括两层高刚度高孔隙率的高承载结构部与一层柔性薄层隔声部；
2.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述高孔隙率板壳结构层为孔隙率大于或等于30％的高透声板壳结构。
3.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述柔性薄层隔声部为厚度小于或等于1mm的薄板，且所述柔性薄层隔声部的弯曲刚度小于0.5mm的铝板的弯曲刚度。
4.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述高承载结构部与所述柔性薄层隔声部之间的腔体中填充有多孔吸声介质。
5.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述高孔隙率板壳结构层上孔的几何形状为圆形、椭圆形、矩形、梯形、菱形、三角形或轴对称型规则多边形；
6.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述支撑质量体为条状体或块状体；
7.一种高承载与低频高隔声功能一体化复合
8.一种高承载与低频高隔声功能一体化复合超结构，其特征在于，包括声学解耦部、板壳结构部以及权利要求1至6任一项所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构；
9.根据权利要求8所述的高承载与低频高隔声功能一体化复合超结构，其特征在于，所述声学解耦部为孔隙率大于70％的高孔隙率声学介质。
10.根据权利要求8所述的高承载与低频高隔声功能一体化复合超结构，其特征在于，所述板壳结构部为高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构、均质材料板壳、复合材料板壳、蜂窝夹芯板壳、波纹夹芯板壳、轻质泡沫夹芯板壳或点阵结构夹芯板壳中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，包括两层高刚度高孔隙率的高承载结构部与一层柔性薄层隔声部；
2.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述高孔隙率板壳结构层为孔隙率大于或等于30％的高透声板壳结构。
3.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述柔性薄层隔声部为厚度小于或等于1mm的薄板，且所述柔性薄层隔声部的弯曲刚度小于0.5mm的铝板的弯曲刚度。
4.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述高承载结构部与所述柔性薄层隔声部之间的腔体中填充有多孔吸声介质。
5.根据权利要求1所述的高承载与低频高隔声功能一体化超材料结构，其特征在于，所述高孔隙率板壳结构层上孔的几何形状为圆形、椭圆形、矩形、梯形、菱形、三角形或轴对称型规则多边形；
...【专利技术属性】
技术研发人员：肖勇，任恒，陈慧敏，常博鑫，李永哲，刘恩，王建城，胡洋华，温激鸿，张晓东，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：
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