一種可變形變頻的吸聲裝置
1.本發明屬于吸聲技術領域，更具體地，涉及一種可變形變頻的吸聲裝置。
背景技術：
2.隨著現代社會的發展，多頻段的噪聲也隨之而來，嚴重影響人類正常生活。以往科研工作者通過在空間外圍設計多孔泡沫結構實現吸聲降噪的效果，這種方法可以實現指定頻段的聲波降噪，難以在復雜多變的聲波場景中實現變頻降噪，且多孔泡沫還存在使用壽命低的缺點。
3.為了解決以上缺陷，出現了金屬板格吸聲晶格結構，然而，這種方法僅是提高了使用壽命，難以實現變頻降噪的效果，通過采用形狀記憶合金制備的空間結構壓縮、回復導致的孔隙率的變化可以實現變頻降噪的效果，但是，頻段變化范圍較小，難以實驗有效地變頻吸聲。針對以上缺點，有必要提出一種變形變頻吸聲結構，實現多頻段吸聲效果。
技術實現要素：
4.針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種可變形變頻的吸聲裝置，其目的在于利用空腔可吸聲降噪，形狀記憶材料結構組件受壓變形以及可控回復形變可以使得空腔尺寸可控變化的原理設計可變形變頻吸聲結構，由此解決目前難以有效實現變頻降噪的技術問題。
5.為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種可變形變頻的吸聲裝置，包括頂蓋和空腔本體；其中，所述空腔本體包括底層空腔結構和支撐部，所述支撐部設置在底層空腔結構頂部，所述底層空腔結構與外界通過通孔連通，所述頂蓋包括頂板和頂蓋側壁，頂板與支撐部連接，頂蓋、頂蓋側壁與底層空腔結構的頂面構成上層空腔，所述上層空腔與外界通過通孔連通；頂蓋側壁的內表面與底層空腔結構的側壁外表面相接觸；所述底層空腔結構上與支撐部連接的頂面為凸起弧面，所述頂蓋受到朝向底層空腔結構方向的外力時，頂蓋側壁能夠在底層空腔結構的側壁上滑動，同時凸起弧面變形下凹，以實現改變吸聲頻率，所述吸聲裝置的材料具有形狀記憶效果。
6.優選地，所述支撐部上設置貫通的第一通孔，將所述底層空腔結構與外界連通，所述支撐部設置在所述底層空腔結構頂部的中央位置處，在頂板中央位置處設置尺寸與所述支撐部相配合的貫通孔，頂板邊緣位置處設置第二通孔，將上層空腔與外界連通。
7.優選地，所述底層空腔結構的側壁上設置凸臺，以限制所述頂蓋側壁在底層空腔結構的側壁上的滑動距離。
8.優選地，所述底層空腔結構的底板為多邊形、圓形或橢圓形。
9.優選地，所述凸起弧面的壁厚小于所述底層空腔結構的側壁和底板的壁厚。
10.優選地，所述支撐部、凸起弧面與底層空腔結構之間滿足下列關系：
11.h2≥h1；h3≥2(h1+h2)
12.其中，h1為支撐部的高度，h2為凸起弧面的高度，h3為底層空腔結構的高度。
13.優選地，當構成所述底層空腔結構的底板為正四邊形時，所述底板的邊長與吸聲裝置的吸波波長之間滿足下列關系：
[0014][0015]
其中，a為所述底板的邊長，p為吸聲裝置的吸波波長。
[0016]
優選地，當構成所述底層空腔結構的底板為正四邊形時，所述底板的邊長與第一通孔的直徑之間滿足下列關系：
[0017][0018]
其中，b為第一通孔的直徑，a為所述底板的邊長。
[0019]
優選地，所述吸聲裝置通過4d打印得到，優選地，所述4d打印具體為光固化成形或熔融沉積成形。
[0020]
優選地，所述吸聲裝置的材料為具有形狀記憶效果的光敏樹脂或高分子材料。
[0021]
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，至少能夠取得下列有益效果。
[0022]
(1)本發明利用空腔可吸聲降噪，且材料受壓變形使得結構空腔尺寸變化的原理實現變頻吸聲，空腔形狀改變從而改變裝置的聲波的反射效果，進而改變裝置的吸聲效果。在頂蓋未受到朝向底層空腔結構方向的外力時，底層空腔結構為頂部凸起的形狀，而在頂蓋受到朝向底層空腔結構方向的外力時，受壓變形后底層空腔結構為內凹陷形，由于吸聲裝置的材料具備形狀記憶效果，可在外界溫度場變化后實現形狀回復，從而實現可變形變頻吸聲的效果。在受力變形后，整體的空腔尺寸變小，與變形前相比，能夠吸收更大的聲波頻率。
[0023]
(2)本發明提供的可變形變頻吸聲裝置能夠實現對頻率在100-600hz的聲波的可調吸收。
[0024]
(3)本發明提供的可變形變頻吸聲裝置中凸起弧面無尖銳拐點，減少壓縮變形過程中產生應力集中現象，提高可變形變頻吸聲結構的整體牢固性。
[0025]
(4)本發明的可變形變頻吸聲裝置通過4d打印成形，具體通過光固化和熔融沉積技術一體化成形，可成形表面質量優良，精度更高的零件，在承載外力時可減小應力集中；相比金屬材料，采用高分子或光敏樹脂成形可變形變頻吸聲結構保證結構吸聲的同時實現輕量化，不僅如此，高分子或光敏樹脂的形狀記憶性及超彈性也遠高于金屬。
附圖說明
[0026]
圖1為本發明實施例可變形變頻吸聲裝置的爆炸圖；
[0027]
圖2為本發明實施例可變形變頻吸聲裝置未壓縮變形條件下的三軸視圖；
[0028]
圖3為本發明實施例可變形變頻吸聲裝置壓縮條件下的三軸視圖；
[0029]
圖4為本發明實施例可變形變頻吸聲裝置未壓縮條件下的剖面三軸視圖
[0030]
圖5為本發明實施例可變形變頻吸聲裝置壓縮變形條件及未壓縮變形條件下的吸聲效果圖。
[0031]
在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：
[0032]
1-空腔本體；2-底層空腔結構；3-支撐部；4-頂蓋；6-第一通孔；7-上層空腔
[0033]
201-底層空腔結構的側壁；202-凸臺；401-頂板；402-頂蓋側壁；403-貫通孔。
具體實施方式
[0034]
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0035]
本發明實施例提供了一種可變形變頻的吸聲裝置，參見圖1-4，包括頂蓋4和空腔本體1；其中，所述空腔本體1包括底層空腔結構2和支撐部3，所述支撐部3設置在底層空腔結構2頂部，所述底層空腔結構2與外界通過通孔連通，所述頂蓋4包括頂板401和頂蓋側壁402，頂板401與支撐部3連接，頂蓋4、頂蓋側壁402與底層空腔結構2的頂面構成上層空腔7，所述上層空腔7與外界通過通孔連通；頂蓋側壁402的內表面與底層空腔結構的側壁201外表面相接觸；避免額外孔隙產生；
[0036]
所述底層空腔結構2上與支撐部3連接的頂面為凸起弧面，所述頂蓋4受到朝向底層空腔結構2方向的外力時，頂蓋側壁402能夠在底層空腔結構的側壁201上滑動，同時凸起弧面變形下凹，以實現改變吸聲頻率，所述吸聲裝置的材料具有形狀記憶效果。
[0037]
在一種可行的方式中，所述支撐部3上設置貫通的第一通孔6，將所述底層空腔結構2與外界連通，所述支撐部3設置在所述底層空腔結構2頂部的中央位置處，在頂板401中央位置處設置尺寸與所述支撐部3相配合的貫通孔403，頂板401邊緣位置處設置第二通孔5，將上層空腔7與外界連通。
[0038]
所述底層空腔結構的側壁201上設置凸臺202，以限制所述頂蓋側壁402在底層空腔結構的側壁201上的滑動距離。
[0039]
所述底層空腔結構2的底板為多邊形、圓形或橢圓形。所述凸起弧面的壁厚小于所述底層空腔結構2的側壁和底板的壁厚。從而保證頂蓋在外力作用下，弧形凸起向下凹陷。優選地，凸起弧面的壁厚為底層空腔結構2的側壁壁厚的五分之一。
[0040]
所述支撐部3、凸起弧面與底層空腔結構2之間滿足下列關系：
[0041]
h2≥h1；h3≥2(h1+h2)
[0042]
其中，h1為支撐部3的高度，h2為凸起弧面的高度，h3為底層空腔結構2的高度。
[0043]
優選地，h2＝h1，h3＝h1+h2，可保證可變形變頻吸聲裝置在變形后支撐部完全凹陷進弧形凸起，并保證弧形凸起和支撐部處于底層空腔結構內部，從而實現出頂蓋內部側面與底層空腔結構側面貼合，避免額外孔隙產生。
[0044]
當構成所述底層空腔結構2的底板為正四邊形時，所述底板的邊長與吸聲裝置的吸波波長之間滿足下列關系：
[0045][0046]
其中，a為所述底板的邊長，p為吸聲裝置的吸波波長。從而可以保證可變形變頻吸聲裝置在特定工作波長下達到吸聲降噪的效果。
[0047]
當構成所述底層空腔結構2的底板為正四邊形時，所述底板的邊長與第一通孔6的
直徑之間滿足下列關系：
[0048][0049]
其中，b為第一通孔6的直徑，a為所述底板的邊長。
[0050]
所述吸聲裝置通過4d打印得到，優選地，所述4d打印具體為光固化成形或熔融沉積成形。由于結構形狀復雜，且存在空腔，傳統制造手段難以成形，需采用光固化技術或熔融沉積技術成形光敏樹脂或高分子材料。優選地，選用光固化技術成形光敏樹脂制造可變形變頻吸聲結構，光固化技術成形精度遠高于熔融沉積成形技術。
[0051]
需要說明的是，本發明中頂蓋與底層空腔結構可以為分開打印，然后再將支撐部與頂蓋通過粘結劑進行粘合。
[0052]
所述吸聲裝置的材料為具有形狀記憶效果的光敏樹脂或高分子材料。光敏樹脂和高分子材料的形狀記憶效果遠高于金屬材料，可保證結構大幅變形后的實現完全回復效果，金屬材料因較小的形狀記憶性，因此不適用制造可變形變頻吸聲結構。優選地，具有形狀記憶效果的材料選擇光敏樹脂。
[0053]
以下為具體實施例：
[0054]
通過cad軟件設計可變形變頻吸聲結構，底層空腔結構和支撐部均為立方體，即底層空腔結構和支撐部的底面為正方形，底層空腔結構長、寬均為30mm，支撐部高度h1＝4mm，弧面凸起高度h2＝3mm，底層空腔高度h3＝20mm，支撐部長、寬均為8mm，支撐部的凸臺長寬為7mm，高1mm。
[0055]
底層空腔結構厚度為1mm，凸起弧面壁厚為0.5mm，支撐部壁厚為1mm，頂蓋側壁的內壁的長、寬均為29mm，厚度為0.5mm。底層空腔凸臺的長、寬與頂蓋側壁的內壁的長、寬相等，高度為6mm第一通孔與第二通孔的直徑均為2mm。
[0056]
頂蓋長、寬、高分別為30mm，30mm，6mm。頂蓋的頂板壁厚為1mm，頂蓋的頂板中的貫通孔長、寬均為7mm。
[0057]
cad模型繪制完成后，導出stl文件，在光固化設備進行打印，打印材料為高強度形狀記憶光敏樹脂，直接光處理底層曝光時間為8-12s，控制電流2450ma，層厚25um單層曝光，得到可變形可變頻吸聲裝置。
[0058]
通過模擬仿真，參見圖5，得到吸聲裝置的吸聲頻率和吸聲系數，變形前吸聲頻率在300hz，吸聲系數為1，完全變形后吸聲頻率在500hz，吸聲系數為0.78。
[0059]
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種可變形變頻的吸聲裝置，其特征在于，包括頂蓋(4)和空腔本體(1)；其中，所述空腔本體(1)包括底層空腔結構(2)和支撐部(3)，所述支撐部(3)設置在底層空腔結構(2)頂部，所述底層空腔結構(2)與外界通過通孔連通，所述頂蓋(4)包括頂板(401)和頂蓋側壁(402)，頂板(401)與支撐部(3)連接，頂蓋(4)、頂蓋側壁(402)與底層空腔結構(2)的頂面構成上層空腔(7)，所述上層空腔(7)與外界通過通孔連通；頂蓋側壁(402)的內表面與底層空腔結構的側壁(201)外表面相接觸；所述底層空腔結構(2)上與支撐部(3)連接的頂面為凸起弧面，所述頂蓋(4)受到朝向底層空腔結構(2)方向的外力時，頂蓋側壁(402)能夠在底層空腔結構的側壁(201)上滑動，同時凸起弧面變形下凹，以實現改變吸聲頻率，所述吸聲裝置的材料具有形狀記憶效果。2.如權利要求1所述的吸聲裝置，其特征在于，所述支撐部(3)上設置貫通的第一通孔(6)，將所述底層空腔結構(2)與外界連通，所述支撐部(3)設置在所述底層空腔結構(2)頂部的中央位置處，在頂板(401)中央位置處設置尺寸與所述支撐部(3)相配合的貫通孔(403)，頂板(401)邊緣位置處設置第二通孔(5)，將上層空腔(7)與外界連通。3.如權利要求1所述的吸聲裝置，其特征在于，所述底層空腔結構的側壁(201)上設置凸臺(202)，以限制所述頂蓋側壁(402)在底層空腔結構的側壁(201)上的滑動距離。4.如權利要求1-3任一項所述的吸聲裝置，其特征在于，所述底層空腔結構(2)的底板為多邊形、圓形或橢圓形。5.如權利要求1-3任一項所述的吸聲裝置，其特征在于，所述凸起弧面的壁厚小于所述底層空腔結構(2)的側壁和底板的壁厚。6.如權利要求1-3任一項所述的吸聲裝置，其特征在于，所述支撐部(3)、凸起弧面與底層空腔結構(2)之間滿足下列關系：h2≥h1；h3≥2(h1+h2)其中，h1為支撐部(3)的高度，h2為凸起弧面的高度，h3為底層空腔結構(2)的高度。7.如權利要求4所述的吸聲裝置，其特征在于，當構成所述底層空腔結構(2)的底板為正四邊形時，所述底板的邊長與吸聲裝置的吸波波長之間滿足下列關系：其中，a為所述底板的邊長，p為吸聲裝置的吸波波長。8.如權利要求4所述的吸聲裝置，其特征在于，當構成所述底層空腔結構(2)的底板為正四邊形時，所述底板的邊長與第一通孔(6)的直徑之間滿足下列關系：其中，b為第一通孔(6)的直徑，a為所述底板的邊長。9.如權利要求1-8任一項所述的吸聲裝置，其特征在于，所述吸聲裝置通過4d打印得到，優選地，所述4d打印具體為光固化成形或熔融沉積成形。10.如權利要求9所述的吸聲裝置，其特征在于，所述吸聲裝置的材料為具有形狀記憶效果的光敏樹脂或高分子材料。
技術總結
本發明公開了一種可變形變頻的吸聲裝置，包括頂蓋和空腔本體；空腔本體包括底層空腔結構和支撐部，支撐部設置在底層空腔結構頂部，底層空腔結構與外界通過通孔連通，頂蓋包括頂板和頂蓋側壁，頂板與支撐部連接，頂蓋、頂蓋側壁與底層空腔結構的頂面構成上層空腔，上層空腔與外界通過通孔連通；頂蓋側壁的內表面與底層空腔結構的側壁外表面相接觸；底層空腔結構上與支撐部連接的頂面為凸起弧面，頂蓋受到朝向底層空腔結構方向的外力時，頂蓋側壁能夠在底層空腔結構的側壁上滑動，凸起弧面變形下凹，實現改變吸聲頻率，吸聲裝置材料具有形狀記憶效果。本發明的吸聲裝置變形和可控回復使得空腔尺寸可控變化，能夠有效實現可重復性的變頻降噪。變頻降噪。變頻降噪。
