用于隔绝振动传播的汽车超材料

材料应用

用于隔绝振动传播的汽车超材料

Noé F.Melo et al.SAE 2016-01-1791.

编译：陈丁跃

汽车轻量化设计能够改善汽车的动力性和燃油经济性。在汽车轻量化设计过程中，不可避免地需要减小车身覆盖件的厚度，这将导致汽车NVH性能出现下降。若要改善汽车的NVH性能，则需要增加车身覆盖件的质量。因此，如何平衡汽车轻量化和NVH性能这两个相互冲突的设计目标，成为了汽车行业需要解决的问题。而采用具有衰减特性的超材料将成为解决这一矛盾的有效解决方案。

超材料是指具有人工设计结构，且具有天然材料不具备的超常物理性质的复合材料。由于超材料的性质往往不取决于材料的本征性质，而取决于其中的人工结构，因此超材料具有高度的可设计性。在进行汽车超材料的设计时，将超材料内部的结构单元按照周期性方式排列，使其产生局部共振。当振动或噪声传递到材料内部时，材料的这种局部共振能够很好地将其隔绝。该结构超材料由由支撑框架、张拉薄膜和附加质量块3部分组成，这些组成部分的参数可能影响超材料的隔声隔振性能。利用有限元方法，对这些组成部分的参数进行分析。结果显示，支撑框架的刚度对超材料的隔声隔振性能几乎没有影响；张拉薄膜的预应力和薄膜厚度对超材料的隔声隔振性能具有较大影响，随着应力或薄膜厚度的增大，隔声隔振的波峰值逐渐增大，但当应力或厚度增大到一定限度之后，继续增大应力或厚度，隔声隔振的波峰值不再增加；附加质量块的质量对超材料的隔声隔振性能也具有较大影响，随着质量块质量的增加，隔声隔振的波峰值逐渐增大，同样，当质量块质量增加到一定限度之后，继续增大质量块质量，隔声隔振的波峰值不再增加。