一种梯度薄膜型周期复合结构的制作方法

本发明属于减振领域，尤其涉及一种梯度薄膜型周期复合结构。

背景技术：

随着科学技术的迅速发展，生活质量的逐渐提高。在军事航空、舰船，生活中车辆发动机制造、建筑中隔音材料的要求都在日益增长。但是类似纤维、隔声板、隔声墙这些我们熟知的隔音隔声材料，在频率较高的范畴内效果是非常显著的。但由于隔声材料遵循质量作用定律，使得传统材料在低频阶段效果并不理想。而薄膜型声学超材料具有轻质、低频隔声、设计性强的特点，成为减振降噪领域的新宠。由于弹性薄膜与附加重物密度的巨大差异，在声激励作用下，薄膜面不同位置处的振动反相，最终实现了对特定频率声波的隔离，又因为粘弹性薄膜的阻尼作用使得声波的能量得到消耗，进而实现了声波的阻隔作用。

1991年，日本学者hashimoto在大尺寸的薄膜表面（200×150mm）附加多个重物，重物之间的间距为30mm，经过测试率先发现附加质量的膜结构能够提高结构本身的低频隔声性能，并称这种膜结构为maw(membranewithadditionalweights)。2008年，香港科技大学yang等在《physicalreviewletters》上首次提出薄膜型声学超材料的概念，这种薄膜型声学超材料时由附加质量的弹性张紧薄膜固定在支撑格栅结构上组成，通过阻抗管测试表面，这种附加质量的弹性张紧薄膜能够在低频实现有效隔声。有效隔声范围的变化可以通过调整附加重物的质量来实现。在后续的研究中，他们将4层具有不同隔声范围的薄膜型声学超材料叠加在一起，实现了对50~1000hz频率声波高达40db的隔声量。近年来，学者对薄膜型声学超材料的物理机制及隔声特性调控规律进行了比较系统的研究，分析了薄膜面密度、附加质量、薄膜及附加质量的尺寸、薄膜张紧力等参数的影响。

传统的mams通常只有一个工作频率区间，梯度型及主动可调型mams可以灵活地适应不同的环境，胜任不同的工作需求。mams在低频（100~1000hz）范围内对声波有很强的调控能力，能够实现在较大频域内减振降噪。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种梯度薄膜型周期复合结构，引入梯度后，元胞类型沿一个方向变化，能够在多个频带内实现隔声，极大扩宽隔声频带。而由同种元胞组成的薄膜型周期复合结构，其隔声频带通常唯一，隔声频带范围较梯度薄膜型周期复合结构小。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种梯度薄膜型周期复合结构该周期复合结构包括弹性薄膜、重物、支撑框架。其中弹性薄膜是由上下两片薄膜组成，在两片膜的中间放置重物，然后抽空两片薄膜间的空气，再加热压制，使重物与薄膜形成一个整体，最后将该整体安置在支撑框架上紧绷固定。重物按其质心周期排列，即该周期结构可以划分为n个边长为a的正方形元胞，每个正方形元胞的中心为重物的质心位置。每一排，即x方向的正方形元胞的重物质量相同，而y方向的正方形元胞的重物质量呈梯度变化；或y方向正方形元胞的重物（2）质量相同，而x方向正方形元胞的重物（2）质量呈梯度变化。

其中：

所述的弹性薄膜由弹性材料制成，如：高压聚乙烯、橡胶或者硅橡胶。

所述的重物为金属颗粒，其材料为铁、铅或者铜，其外形为球体、圆柱体、正方体或者长方体。

所述的金属颗粒为单个颗粒，或者由颗粒群构成。当金属颗粒由颗粒群构成时，保证其质心的位置按其质心周期排列。

所述的支撑框架为矩形框架，本发明给出两种形式，可根据需求选用。一种框架为固定框架，无调节薄膜应力的功能；另外一种框架的上端设置转轴，可将薄膜卷起，从而对薄膜施加拉力调节薄膜的张紧力。框架应具备轻质高强的特点，可采用铝合金材料加工。

有益效果：

1、本发明是一种梯度薄膜型周期复合结构，元胞类型沿一个方向逐渐变化，能够在多个频带内实现隔声，极大扩宽隔声频带。

2、重物由两片薄膜包裹密封，较传统重物依靠粘贴附着在薄膜表面的方法，其耐用性、运输性、使用便利性更强。

3、本发明提供两种支撑框架。一种为固定支撑框架，无调节薄膜应力功能，但加工简单；另外一种为可调节薄膜应力的框架，该框架的上端设置转轴，可将薄膜卷起，从而对薄膜施加拉力，达到主动调控的目的，这种框架的好处是可根据噪声环境特点调节隔声效果。

附图说明

图1为本发明的一种梯度薄膜型周期复合结构，其重物为金属颗粒群；

图2为图1中重物的结构示意图；

图3为本发明的一种梯度薄膜型周期复合结构，其重物圆柱形金属片；

图4为图3中重物的结构示意图；

图5为本发明固定类型支撑框架；

图6为本发明可调节薄膜应力的支撑框架；

图7为图6中a-a向的剖视图；

图8是本发明组成的隔声阵列板；

其中有：薄膜1，重物2，支撑框架3，橡胶垫片4，滑轮5，滚轴6，卷帘式滚轴7，牵引绳8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

如图1所示：本实施例为一种梯度薄膜型周期复合结构，该周期复合结构由弹性薄膜1、重物2、支撑框架3三部分组成。其中弹性薄膜1的材料为橡胶，弹性薄膜1是由上下两片薄膜组成，在两片膜的中间放置重物2。然后抽空两片薄膜间的空气，再加热压制，使重物2与薄膜1形成一个整体，最后将该整体安置在支撑框架3上紧绷固定。重物2按其质心周期排列，即该周期结构可以划分为n个边长为a的正方形元胞，每个正方形的中心为重物2的质心位置。每一排，即x方向的元胞的重物2质量相同，而y方向的元胞的重物质量2呈梯度变化。

如图2所示，重物2材料为铁，为金属颗粒圆形阵列，其中为上层薄膜的厚度，为下层薄膜的厚度。

如图5所示：为本发明的固定类型支撑框架3，制作支撑框架3的材料为铝合金，在支撑框架3与弹性薄膜1之间设置橡胶垫片4，通过粘合剂将三者固定形成整体。

实施例2：

本实施例的主体结构与实施例1相同，区别在于：如图3、4所示，本实施例的重物2是圆柱形金属薄片。其半径从下往上（即y方向）按比例减小，根据半径在y方向尺寸是否一致，可以将重物2分为三层，其中最底层三排重物2的半径保持一致，中间四排重物2的半径保持一致，最顶层四排重物2的半径保持一致。

实施例3：

本实施例的主体结构与实施例1相同，区别在于：如图6所示：为本发明的可调节薄膜应力的支撑框架3，支撑框架3主体由厚度为的左侧铝合金板制成的左侧框架，厚度为的铝合金板制成的右侧框架构成，左侧框架与右侧框架上相对应地开有螺栓孔9，并通过螺栓相连接固定。将滑轮5焊接在左、右两侧的框架上，在滑轮5之间安装弹性薄膜1，弹性薄膜1下端固定在橡胶垫片4上，上端通过滚轴6固定在左侧框架后的卷帘式滚轴7上。通过拉动牵引绳8可以拉动弹性薄膜1向上运动，从而调节弹性薄膜1应力。右侧框架设计成7字形，目的是方便在上方进排列该种框架，进而组成隔声板阵列。如图7所示，本发明无论采用固定框架还是可调节薄膜应力的框架，均可在x，y方向进行延拓，可根据情况选择焊接或者拼装组成隔声板阵列，适用于大型场地的隔声。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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