蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110085207A(43)申请公布日2019.08.02(21)申请号201910365851.9(22)申请日2019.05.05(71)申请人南昌航空大学地址330063江西省南昌市丰和南大道696号(72)发明人张翔吴锦武(74)专利代理机构南昌市平凡知识产权代理事务所36122代理人张文杰(51)Int.Cl.G10K11/172(2006.01)G10K11/168(2006.01)B32B3/12(2006.01)B32B3/24(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法(57)摘要本发明基于复合材料蜂窝板结构设计了一种新型电可调节吸声性能的蜂窝-微穿孔薄膜复合结构，其设计步骤如下：根据双层微穿孔板理论模型进行计算得出穿孔孔径以及穿孔率对结构吸声性能的影响；设计了一种可以通过控制外接电压改变微穿孔参数的DE微穿孔薄膜；数值仿真和计算找到比较适宜调节的穿孔率调节范围。本发明设计方法原理简单，只需在传统的蜂窝结构中部分添加该结构就可以起到可调节吸声峰值的特点。实用性强，易操作推广。CN110085207ACN110085207A权利要求书1/2页1.蜂窝-微穿孔板复合结构设计方法，包括上表面板和下表面板及其中间夹有的蜂窝芯，其特征在于，在蜂窝芯内部设置有DE微穿孔薄膜，该DE微穿孔薄膜上下两侧镀有柔性电极且通过引线与外部的电压发生端相连接；其设计步骤如下：1)上表面板使用微穿孔板与DE微穿孔薄膜构成双层微穿孔板结构，由马氏理论推导得到的双层微穿孔板理论如下：以上各式中，ri为第i层微穿孔板的相对声阻，mi为第i层微穿孔板的相对声质量，ti为第i层微穿孔板的板厚，di为第i层微穿孔板的穿孔直径，pi是第i层微穿孔板的穿孔面积占全板面积的百分比，Di为第i层微穿孔板后的空腔厚度，ki为第i层微穿孔板的穿孔板常数，μ为空气的运动粘度系数，ρ为空气密度，c为常温下空气中声速，f0为声音频率，ω为声音圆频率，α即为双层微穿孔板的吸声系数；z为双层微穿孔板的总相对声阻抗；其中上表面板为第一层微穿孔板，DE微穿孔薄膜为第二层微穿孔板；当Im(z)＝0时，即满足下式时，双层微穿孔板吸声体达到共振：共振时的吸声系数为：由上述理论公式可知，穿孔孔径d以及穿孔率p减小时，相对声阻r以及相对声质量m增大，共振频率f0减小，最大吸声系数α0增大，即吸收峰值频率向低频移动；2)通过微孔三角形排列时穿孔率计算公式得到穿孔率为：式中，B为孔间距，计算可得穿孔的具体分布位置参数；2CN110085207A权利要求书2/2页3)根据公式(2)、(3)、(4)、(5)进行数值计算，当小孔直径d＝0.5mm、板厚t＝0.5mm时，计算得出穿孔率在5.5％以下时，微穿孔板在中低频中的最大吸声系数保持在0.5以上。3CN110085207A说明书1/4页蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法技术领域[0001]本发明属于蜂窝-微穿孔薄膜复合结构的低噪声设计方法，特别涉及一种电可调节吸声频率的蜂窝-微穿孔薄膜复合结构设计方法。背景技术[0002]蜂窝夹层复合结构是一种在保留了相应物理性能的同时具有轻质特性的被广泛应用于航空、建筑工程领域的结构。普通的蜂窝夹层板结构具有隔声的特性，为了达到吸隔声一体化的设计，就需要使用额外添加的多孔材料来达到吸声的目的，这就造成了大量额外的结构重量，对于航空、建筑领域来说无疑是一个致命的缺点。因此研究蜂窝夹层复合板结构在保持质轻前提下的低噪声设计方法，对蜂窝夹层复合板结构减振降噪研究来说具有重大意义。现有的普通圆形蜂窝夹层板结构(如图1所示)是由上表面板1与下表面板2中间夹有蜂窝芯6而组合构成。[0003]由于蜂窝夹层复合结构自身具有隔声性能，再借助微穿孔吸声结构，就可形成蜂窝-微穿孔复合结构，是提高蜂窝结构低频吸声性能的有效途径。近年来，众多学者对此展开了深入研究。由微穿孔板吸声原理可知，微穿孔板结构的板厚、空腔深度、穿孔孔径以及穿孔率大小均能影响结构吸声性能，即吸声系数和吸声峰值处的频率。从现有研究成果来看，传统的蜂窝-微穿孔复合结构一旦组装完成，蜂窝夹层结构对于噪声的吸收就具有固定性，不改变蜂窝-微穿孔复合结构内部形状，难以实现随时可调节复合结构吸声系数和吸声频带。不适用于现代生活生产各领域中多变的环境噪声。[0004]而介电弹性体(DE)材料，为电子型电活性聚合物(EAP)的一种，使用电场或库仑力作为驱动力。即在上下表面覆盖柔性电极的DE材料两侧加以静电压作用后，材料在水平方向上扩展延伸，在垂直方向上收缩变小。当使用一种DE材料制作成微穿孔薄膜，通过对材料施加一定的电压致使材料发生形变，从而引起微