材料應(yīng)用

用于隔絕振動傳播的汽車超材料

Noé F.Melo et al.SAE 2016-01-1791.

編譯：陳丁躍

汽車輕量化設(shè)計能夠改善汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性。在汽車輕量化設(shè)計過程中，不可避免地需要減小車身覆蓋件的厚度，這將導(dǎo)致汽車NVH性能出現(xiàn)下降。若要改善汽車的NVH性能，則需要增加車身覆蓋件的質(zhì)量。因此，如何平衡汽車輕量化和NVH性能這兩個相互沖突的設(shè)計目標(biāo)，成為了汽車行業(yè)需要解決的問題。而采用具有衰減特性的超材料將成為解決這一矛盾的有效解決方案。

超材料是指具有人工設(shè)計結(jié)構(gòu)，且具有天然材料不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料。由于超材料的性質(zhì)往往不取決于材料的本征性質(zhì)，而取決于其中的人工結(jié)構(gòu)，因此超材料具有高度的可設(shè)計性。在進行汽車超材料的設(shè)計時，將超材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)單元按照周期性方式排列，使其產(chǎn)生局部共振。當(dāng)振動或噪聲傳遞到材料內(nèi)部時，材料的這種局部共振能夠很好地將其隔絕。該結(jié)構(gòu)超材料由由支撐框架、張拉薄膜和附加質(zhì)量塊3部分組成，這些組成部分的參數(shù)可能影響超材料的隔聲隔振性能。利用有限元方法，對這些組成部分的參數(shù)進行分析。結(jié)果顯示，支撐框架的剛度對超材料的隔聲隔振性能幾乎沒有影響；張拉薄膜的預(yù)應(yīng)力和薄膜厚度對超材料的隔聲隔振性能具有較大影響，隨著應(yīng)力或薄膜厚度的增大，隔聲隔振的波峰值逐漸增大，但當(dāng)應(yīng)力或厚度增大到一定限度之后，繼續(xù)增大應(yīng)力或厚度，隔聲隔振的波峰值不再增加；附加質(zhì)量塊的質(zhì)量對超材料的隔聲隔振性能也具有較大影響，隨著質(zhì)量塊質(zhì)量的增加，隔聲隔振的波峰值逐漸增大，同樣，當(dāng)質(zhì)量塊質(zhì)量增加到一定限度之后，繼續(xù)增大質(zhì)量塊質(zhì)量，隔聲隔振的波峰值不再增加。