彈性主要由起皺部分1704提供。
[0106] 裙皺設(shè)計可以多種樣品和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。例如同心圓結(jié)構(gòu)1704，其夾在圓形薄膜 1703以及外部邊界之間，該外部邊界固定硬框架1701。薄膜的中心部分1706以及外側(cè)1705 依舊保持平整。此外，褶皺設(shè)計同樣適用于其它幾何結(jié)構(gòu)，比如矩形或多邊形，可以根據(jù)框 架的形狀而相應(yīng)地選擇。
[0107] 圖18A和18B是將褶皺薄膜運用于聲學(xué)吸收超材料的設(shè)計示意圖，在褶皺或起皺薄 膜上加入了多個小薄片。圖18A是側(cè)視圖而圖18是俯視圖。其示出了硬邊界框架1801，薄膜 1803,褶皺部分1811-1815以及平整部分1821-1826。而小薄片1831-1834被懸浮固定在薄膜 1803的平整區(qū)域1822-1825上，褶皺區(qū)域1811-1815使得小薄片懸浮在薄膜1803上。小薄片 1831-1834可以有相同或者不同的預(yù)設(shè)質(zhì)量。
[0108]圖18A跟18B中所用的部分1811-1815中的褶皺是平行線形式，而薄膜1803的外部 邊界被固定在硬框架1801上。
[0109]
[0110]已經(jīng)證明，薄片周圍很高的彎曲能量密度，加上其約束效果，可以使亞波長尺度的 結(jié)構(gòu)極其有效地吸收低頻噪聲。同時，由于此薄膜系統(tǒng)可以對低頻噪聲做到全反射，無疑， 這將極大擴展此系統(tǒng)的聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。具體而言，其包括客機和輪船艙內(nèi)噪音的降低，音樂 廳聲樂質(zhì)量的調(diào)節(jié)，尚速公路和鐵路沿線噪首控制等。
[0111]可以理解的是，在本發(fā)明精神前提下，在所附權(quán)利要求限定的保護范圍內(nèi)，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可對本文所描述的用于解釋本主題特性的有關(guān)細(xì)節(jié)、材料、步驟和安排方面作 出許多其他的改變。
【主權(quán)項】
1. 一種吸聲板，包括： 大致上對聲波透明的平面剛性框架，其被分割成多個獨立的大致上二維的單元； 固定在所述剛性框架上的彈性材料薄膜，以及固定在所述彈性材料薄膜上的多個薄 片，使得每個所述單元均具有各自的薄片，從而可以產(chǎn)生共振頻率，并且使所述吸聲板的吸 聲系數(shù)增加，其中所述共振頻率由各獨立單元的平面結(jié)構(gòu)、所述彈性材料的彈性、以及位于 所述薄膜上的各所述薄片決定，以及： 擁有褶皺或皺紋結(jié)構(gòu)的彈性材料，這將會導(dǎo)致扭曲變形，從而可以帶來更低的材料彈 性，進而允許所述彈性材料獲得比同類型平面材料更大的扭曲變形，但仍然保持足夠的力 學(xué)強度以支撐多個所述薄片。2. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，所述薄膜的所述褶皺或皺紋結(jié)構(gòu)可以帶來與相同類型的 平面薄膜材料相比更低的單元共振頻率。3. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，所述固體材料薄膜的厚度在每個單元上是有變化的。4. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，還包括； 由所述固體材料構(gòu)成的多個層。5. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，進一步包括： 多個吸聲板疊放在一起，每個所述吸聲板包括分割成多個獨立單元的剛性框架、固體 材料薄膜、和多個薄片，每個所述薄片均固定在所述固體材料薄膜上，以確保每個所述單元 均具有所述薄片； 所述吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲頻率由每個所述單元的平面幾何結(jié)構(gòu)、所述固體材料的彈性以及 各自的所述薄片共同決定。6. 權(quán)利要求5所述的吸聲板，進一步包括： 每個所述吸聲板上的所述薄片的重量與其它所述吸聲板中的所述薄片的重量不同。7. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，進一步包括： 相鄰的所述框架之間的距離與所述框架的尺存具有預(yù)先決定的比例關(guān)系。8. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，進一步包括： 所述單元包括剛性薄片，其中所述剛性薄片具有擺動模態(tài)，以提供可調(diào)的共振頻率，該 頻率大致正比于所述薄片的質(zhì)量平方根倒數(shù)。9. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，進一步包括： 所述單元包括剛性薄片，其中所述剛性薄片具有擺動模態(tài)，以提供可調(diào)的共振頻率，所 述共振頻率會隨著非對稱薄片的間距、所述薄膜的厚度、諸如楊氏模量和泊松比之類的彈 性性質(zhì)、所述薄膜的褶皺模式、所述薄片的質(zhì)量、以及所述單元的尺寸的改變而變化。10. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，進一步包括： 每個所述單元內(nèi)均含有多個所述薄片。11. 權(quán)利要求1所述的吸聲板，進一步包括： 構(gòu)成結(jié)構(gòu)的每個所述單元包含發(fā)生振動的質(zhì)量體，并且所述振動的共振頻率會隨著結(jié) 構(gòu)單元的橫向尺寸、薄膜彈性和褶皺模式、以及所述薄片的材料類型和尺寸的改變而發(fā)生 變化，因此可隨意選擇此共振頻率，構(gòu)成主要耗散核。12. -種聲波/振動能量吸收超材料，包括： 封閉的平面框架； 附加在所述框架上的柔性薄膜； 附加至所述柔性薄膜上的至少一個剛性薄片，所述剛性薄片具有非對稱的形狀，所述 剛性薄片與所述柔性薄膜相連的地方具有直線的邊界，構(gòu)成單元的所述剛性薄片具有預(yù)先 確定的質(zhì)量，并且 安裝在所述彈性薄膜上的所述剛性薄片通過其位移使所述柔性薄膜提供回復(fù)力， 其中結(jié)構(gòu)的振動形式包含了多種共振頻率可調(diào)的共振模態(tài)。13. 權(quán)利要求12所述的聲波/振動能量吸收超材料，每個所述單元內(nèi)均包含多個所述薄 片。14. 權(quán)利要求13所述的聲波/振動能量吸收超材料，相鄰的所述框架之間的距離與所述 框架的尺存具有預(yù)先決定的比例關(guān)系。15. 權(quán)利要求13所述的聲波/振動能量吸收超材料，其中所述剛性薄片具有擺動模態(tài)， 以提供可調(diào)的共振頻率，該頻率大致正比于所述薄片的質(zhì)量平方根倒數(shù)。16. 權(quán)利要求13所述的聲波/振動能量吸收超材料，其中所述剛性薄片具有擺動模態(tài)， 以提供可調(diào)的共振頻率，所述共振頻率會隨著非對稱薄片的間距、所述薄膜的厚度及彈性、 所述薄片的質(zhì)量、以及所述單元的尺寸的改變而調(diào)整。17. 權(quán)利要求16所述的聲波/振動能量吸收超材料，其可通過改變所述薄膜的楊氏模量 和泊松比中的至少一者來提供可調(diào)的共振頻率。18. 權(quán)利要求13所述的聲波/振動能量吸收超材料，其中所述結(jié)構(gòu)單元包括發(fā)生振動的 質(zhì)量體，并且所述振動的共振頻率會隨著所述結(jié)構(gòu)單元的橫向尺寸、相鄰的所述質(zhì)量體之 間的距離、所述薄膜的厚度和彈性、以及所述薄片的材料類型和尺寸的改變而發(fā)生變化，因 此可隨意選擇此共振頻率，構(gòu)成主要耗散核。19. 權(quán)利要求13所述的聲波/振動能量吸收超材料，進一步包含至少一個以確定的近場 距離放在所述薄膜的后面的鋁反射板，所述鋁反射板用來提高對聲波的吸收。20. 權(quán)利要求12所述的聲波/振動能量吸收超材料，其中 所述結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)包含多種共振頻率可以調(diào)節(jié)的共振模態(tài)，利用所述剛性薄片的連 接處的摩擦鉸鏈，將所述薄片的上下移動的機械能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動力矩和鉸鏈中放大了的力密 度，從而有效地吸收振動能。21. -種聲波/振動能量吸收超材料，包括： 封閉的平面結(jié)構(gòu)； 附加至所述框架上的柔性薄膜； 附加至所述柔性薄膜的至少一個剛性薄片，并利用摩擦鉸鏈連接； 所述剛性薄片具有非對稱形狀，所述剛性薄片與所述柔性薄膜相連的地方具有直的邊 界，所述剛性薄片建立了具有預(yù)先確定的質(zhì)量的單元，并且 安裝在所述彈性薄膜上的所述剛性薄片通過其位移使所述柔性薄膜提供回復(fù)力， 所述結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)包含多種共振頻率可以調(diào)節(jié)的共振模態(tài)，利用所述剛性薄片的連 接處的摩擦鉸鏈，將所述薄片的運動的機械能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動力矩和鉸鏈中放大了的力密度， 從而有效地吸收機械振動能。22. 權(quán)利要求21所述的聲波/振動能量吸收超材料，每個所述單元中還包含多個剛性薄 片， 其中所述剛性薄片具有擺動模態(tài)，以提供可調(diào)的共振頻率，所述共振頻率會隨著非對 稱的所述薄片的間距、所述薄膜的厚度和彈性、所述薄片的質(zhì)量和尺寸、以及所述單元的尺 寸的變化而改變。23. 權(quán)利要求22所述的聲波/振動能量吸收超材料，其可通過改變所述薄膜的楊氏模量 和泊松比中的至少一者來提供可調(diào)的共振頻率。24. 權(quán)利要求22所述的聲波/振動能量吸收超材料， 其中所述剛性薄片具有擺動模態(tài)，以提供可調(diào)的共振頻率，該頻率大致正比于所述薄 片的質(zhì)量平方根倒數(shù)。25. 權(quán)利要求21所述的聲波/振動能量吸收超材料，每個所述單元中還包含多個剛性薄 片， 其中所述結(jié)構(gòu)單元包含發(fā)生振動的質(zhì)量體，并且所述振動的共振頻率會隨著所述結(jié)構(gòu) 單元的橫向尺寸、所述薄膜的厚度和彈性、以及所述薄片的材料類型和尺寸的改變而發(fā)生 變化，因此可隨意選擇此共振頻率，構(gòu)成主要耗散核。26. 權(quán)利要求21所述的聲波/振動能量吸收超材料，還包含至少一個以確定的近場距離 放在所述薄膜的后面的鋁反射板。
【專利摘要】本發(fā)明利用了大致上對聲波透明的平面剛性框架來構(gòu)建吸聲板，其中該框架被分割成多個大致上二維的獨立單元。具有柔韌性的薄膜被固定在剛性框架上，并在柔性材料薄膜上固定多個薄片，由此每個單元具有各自的薄片，從而建立了共振頻率，以增強吸聲板的吸聲系數(shù)。柔性材料可以有褶皺或是皺紋，從而使有效彈性系數(shù)減小。褶皺或皺紋可使彈性材料具有超過同樣類型的平面材料可承受的變形，并保證足夠的機械強度來支撐多個薄片。
【IPC分類】G10K11/18
【公開號】CN105637580
【申請?zhí)枴緾N201480034319
【發(fā)明人】沈平, 楊志宇, 楊旻, 孫亮, 馬冠聰, 肖松文
【申請人】香港科技大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年5月27日
【公告號】US20160104472, WO2014206168A1