【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于全频降噪领域，具体是涉及到一种全频段超材料吸声结构及其设计方法。
技术介绍
1、随着科学技术的快速发展，重大运载装备(如高速列车、大型飞机、大型舰船与火箭等)不断朝着高速化、轻量化的方向发展，随之产生的噪声问题也更加突出。高量级的噪声环境不仅影响装备的安全性、可靠性以及舒适性，也会严重影响人员的身心健康，严重的会造成人员听觉与神经功能损伤。此外，随着社会的发展与人们生活品质的提升，人们对声环境质量、装备噪声源控制和实验室本底噪声控制的要求不断提高，对噪声控制也提出了更高的性能要求，因此，有效控制噪声并改善环境的声质量十分重要。
2、通常控制噪声主要包括在声源处抑制噪声的产生、在传播途径中阻碍噪声的传播以及在接收者处抑制噪声。然而，很多噪声在声源处是无法避免其产生的，而在接收者处抑制噪声往往会给接收者带来额外的不利影响，因而在传播途径中抑制噪声显得尤为重要。
3、吸声作为一种常用的降噪方法，通过吸声材料或结构对声能的耗散实现对声音的吸收，广泛应用于各种封闭与半封闭的空间。传统的吸声材料或结构可分为多孔吸声材料和共振吸声结构两大类。对于500hz以上的中高频噪声，其波长短、传播能力弱，使用多孔吸声材料可以实现较好的吸声性能；但对于500hz以下的低频段噪声，因其波长较长、穿透能力强，使用多孔吸声材料的吸声性能较差。目前，通常采用共振吸声结构来进行低频噪声的吸收，如微穿孔板共振吸声结构、薄板共振吸声结构、亥姆霍兹共鸣器等，但其也存在一些缺点，如吸声频带较为狭窄、频率选择性太强、所需腔深较大与体积较
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题为提供一种全频段超材料吸声结构及其设计方法，以实现在有限的厚度空间内，在全频带高效吸声。
2、第一方面，本专利技术提供一种全频段超材料吸声结构，该全频段超材料吸声结构包括多个超材料吸声单元，超材料吸声单元包括衬里、内插管、侧边框、穿孔顶板及底板；
3、衬里套设在侧边框内且与侧边框紧密贴合，衬里的顶端向内开设有声波导波通道，声波导波通道内设置有内插管，内插管的外径小于等于其所在声波导波通道的通道内径，内插管的长度与其所在声波导波通道的通道长度相等，声波导波通道为半封闭通道或全贯通通道；
4、穿孔顶板遮盖衬里的顶端，且开设有与声波导波通道的通道形状一致的穿孔，底板遮盖衬里的底端，穿孔顶板和底板用于对超材料吸声单元接收的噪声进行约束；
5、其中，衬里的材料为离心玻璃棉、聚氨酯吸音棉、三聚氰胺吸音棉或聚酯纤维吸音棉。
6、可选的，内插管、侧边框、穿孔顶板及底板的材料为金属、塑料、复合材料、硬质纤维、合成树脂或钢化玻璃。
7、可选的，声波导波通道的通道形状为圆形、方形或三角形。
8、可选的，穿孔顶板的穿孔的直径为1毫米至5毫米，穿孔顶板的厚度为0.8毫米至3毫米，穿孔顶板的穿孔率为1％至50％。
9、可选的，内插管的壁厚为0.8毫米至2毫米。
10、可选的，底板的厚度为1毫米至3毫米。
11、可选的，穿孔顶板的表面为平面或弧面。
12、可选的，穿孔顶板上表面还铺设有金属丝网，金属丝网的目数为300个到800个。
13、可选的，多个超材料吸声单元单层共面排列或多层堆叠。
14、第二方面，本专利技术提供一种全频段超材料吸声结构设计方法，应用于上述的全频段超材料吸声结构，包括：
15、确定全频段超材料吸声结构的声学设计目标和基本构型；基本构型包括全频段超材料吸声结构中超材料吸声单元的数量、排列布置形式以及每个超材料吸声单元声学导波通道与内插管的数量及长度；
16、建立全频段超材料吸声结构的声学仿真模型；
17、设定声学仿真模型的优化设计目标与优化设计变量；优化设计变量包括全频段超材料吸声结构的所有内插管直径与长度以及衬里中声学导波通道的直径与长度；
18、确定优化算法并设置优化迭代次数；
19、根据优化算法，获取优化设计参数；
20、根据优化设计变量参数取值，设计全频段超材料吸声结构。
21、本专利技术的有益效果是：
22、本专利技术提供的全频段超材料吸声结构，通过设置多个超材料吸声单元，超材料吸声单元包括衬里、内插管、侧边框、穿孔顶板及底板，衬里套设在侧边框内且与侧边框紧密贴合，衬里的顶端向内开设有声波导波通道，声波导波通道内设置有内插管，穿孔顶板遮盖衬里的顶端，且开设有与声波导波通道的通道形状一致的穿孔，底板遮盖衬里的底端，穿孔顶板和底板用于对超材料吸声单元接收的噪声进行约束，上述结构有助于超材料吸声单元满足阻抗匹配条件和临界耦合条件，使之具有亚波长厚度和声波操纵能力，可在有限厚度空间内，实现低频带噪声的高效吸收；此外，衬里本身采用离心玻璃棉、聚氨酯吸音棉、三聚氰胺吸音棉、聚酯纤维吸音棉等高性能多孔吸声材料制成，具备较好的中高频吸声性能，因而由多个超材料吸声单元所组成的全频段超材料吸声结构可实现全频带高效吸声。
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1.一种全频段超材料吸声结构，其特征在于，包括多个超材料吸声单元，所述超材料吸声单元包括衬里、内插管、侧边框、穿孔顶板及底板；
2.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述内插管、所述侧边框、所述穿孔顶板及所述底板的材料为金属、塑料、复合材料、硬质纤维、合成树脂或钢化玻璃。
3.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述声波导波通道的通道形状为圆形、方形或三角形。
4.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述穿孔顶板的穿孔的直径为1毫米至5毫米，所述穿孔顶板的厚度为0.8毫米至3毫米，所述穿孔顶板的穿孔率为1％至50％。
5.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述内插管的壁厚为0.8毫米至2毫米。
6.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述底板的厚度为1毫米至3毫米。
7.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述穿孔顶板的表面为平面或弧面。
8.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其
9.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述多个超材料吸声单元单层共面排列或多层堆叠。
10.一种全频段超材料吸声结构设计方法，应用于如权利要求1-9所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种全频段超材料吸声结构，其特征在于，包括多个超材料吸声单元，所述超材料吸声单元包括衬里、内插管、侧边框、穿孔顶板及底板；
2.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述内插管、所述侧边框、所述穿孔顶板及所述底板的材料为金属、塑料、复合材料、硬质纤维、合成树脂或钢化玻璃。
3.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述声波导波通道的通道形状为圆形、方形或三角形。
4.根据权利要求1所述的全频段超材料吸声结构，其特征在于，所述穿孔顶板的穿孔的直径为1毫米至5毫米，所述穿孔顶板的厚度为0.8毫米至3毫米，所述穿孔顶板的穿孔率为1％至50％。
5.根据权利要求1所述的全频段超...
【专利技术属性】
技术研发人员：周常荣，查国涛，陈雨豪，郭福林，颜猛，杨涛，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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