1.本发明属于减振降噪技术领域，特别是涉及一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构。
背景技术：
2.目前，低振动与低噪声是现代装备发展的一个重要指标特征，如果振动和噪声过强，不但会严重影响装备的工作性能、可靠性及服役寿命，而且也会严重影响环境舒适性。
3.由于结构振动并产生噪声辐射，其本质原因可归结为结构的弹性波传播效应，以及结构的弹性波与周围介质的相互耦合作用，因此对结构的弹性波传播进行操控，是实现结构减震降噪的重要手段。
4.目前，传统的减震降噪技术仍存在一定的局限性，其中主要依靠阻尼材料对弹性波进行衰减，这种减震降噪手段已经难以满足不断提高的机械性能要求，其减振降噪效果并不理想，而且传统的减振降噪结构普遍存在厚重的缺陷。
5.为此，“声学黑洞”概念应运而生，声学黑洞是将天体物理学中的黑洞概念引入到振动和波动领域中形成的，在声学黑洞理论下，通过逐渐减小系统的几何参数或者材料特性参数，可以形成一种具有能量聚集效应的结构，在理想情况下，波的传播速度随介质的变化逐渐减小到零，因此不会发生波的反射。
6.虽然实现声学黑洞的方法有多种，且结构形态也繁多各异，其中最简单的结构便是将梁或者薄板的厚度按照一定的规律剪裁的结构，当入射弯曲波在结构的等厚度部分传播时，波长和波幅为定值，随着弯曲波从结构的等厚度区域进入到声学黑洞区域后，播速会因厚度的减小而逐渐减小，波长被压缩，波幅增大。
7.尽管在声学黑洞理论下可以按照最简单结构进行设计制造，但最简单结构仍只是理论层面的结构，其无法直接在实际工程中进行应用。因此，基于声学黑洞理论来设计能够满足实际工程应用的声学黑洞结构，以及为了满足不断提高的机械性能要求，研发一种能够有效抑制弹性波传播来提高减振降噪效果的减振降噪结构势在必行。
技术实现要素：
8.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，与传统的基于阻尼材料的减振降噪结构相比，能够有效抑制弹性波传播，大幅度提升了减振降噪结构的减振降噪效果，同时还实现了减振降噪结构的减重，为装备的轻量化提供了结构基础。
9.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层、中间减震降噪芯板层及内面板层；所述中间减震降噪芯板层装夹在外面板层与内面板层之间，通过中间减震降噪芯板层抑制弹性波传播。
10.所述中间减震降噪芯板层上设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞
在中间减震降噪芯板层内呈矩阵式分布。
11.所述二维声学黑洞晶胞为六边形，在二维声学黑洞晶胞的板体中部开设有六边形孔洞，六边形孔洞的中心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合且边线相平行。
12.所述六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框均分为等厚度区域和变厚度区域，且变厚度区域位于边框中部。
13.在所述六边形孔洞的变厚度区域内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层，用于提高减振降噪结构对弹性波的衰减作用。
14.所述阻尼材料层采用高聚物或聚合物，所述吸声材料层采用纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料或泡沫状吸声材料。
15.所述六边形孔洞与六边形的二维声学黑洞晶胞形成的六条边框上变厚度区域的边框壁厚按照公式h(x)＝εx
m
+h0进行设计，式中，h(x)为变厚度区域的边框壁厚，ε为平滑常数，x为变厚度区域内孔壁表面上任意点与等厚度区域内孔壁表面的垂直距离，m为指数常数，h0为变厚度区域正中间的边框壁厚；其中，m的取值范围为≥2。
16.本发明的有益效果：
17.本发明的六边形周期声学黑洞减振降噪结构，与传统的基于阻尼材料的减振降噪结构相比，能够有效抑制弹性波传播，大幅度提升了减振降噪结构的减振降噪效果，同时还实现了减振降噪结构的减重，为装备的轻量化提供了结构基础。
附图说明
18.图1为本发明的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构的示意图(视角一)；
19.图2为本发明的一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构的示意图(视角二)；
20.图3为本发明的二维声学黑洞晶胞的结构示意图(视角一)；
21.图4为本发明的二维声学黑洞晶胞的结构示意图(视角二)；
22.图5为本发明的二维声学黑洞晶胞的噪声抑制频谱图；
23.图中，1—外面板层，2—中间减震降噪芯板层，3—内面板层，4—二维声学黑洞晶胞，5—六边形孔洞，6—等厚度区域，7—变厚度区域。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
25.如图1～4所示，一种六边形周期声学黑洞减振降噪结构，整体采用复层板式结构，包括外面板层1、中间减震降噪芯板层2及内面板层3；所述中间减震降噪芯板层2装夹在外面板层1与内面板层3之间，通过中间减震降噪芯板层2抑制弹性波传播。
26.所述中间减震降噪芯板层2上设有若干二维声学黑洞晶胞4，若干二维声学黑洞晶胞4在中间减震降噪芯板层2内呈矩阵式分布。
27.所述二维声学黑洞晶胞4为六边形，在二维声学黑洞晶胞4的板体中部开设有六边形孔洞5，六边形孔洞5的中心与二维声学黑洞晶胞4的中心相重合且边线相平行。
28.所述六边形孔洞5与六边形的二维声学黑洞晶胞4形成的六条边框均分为等厚度区域6和变厚度区域7，且变厚度区域7位于边框中部。
29.在所述六边形孔洞5的变厚度区域7内孔壁表面粘贴有阻尼材料层或吸声材料层，
用于提高减振降噪结构对弹性波的衰减作用。
30.所述阻尼材料层采用高聚物或聚合物等，所述吸声材料层采用纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料或泡沫状吸声材料等。
31.所述六边形孔洞5与六边形的二维声学黑洞晶胞4形成的六条边框上变厚度区域7的边框壁厚按照公式h(x)＝εx
m
+h0进行设计，式中，h(x)为变厚度区域7的边框壁厚，ε为平滑常数，x为变厚度区域7内孔壁表面上任意点与等厚度区域6内孔壁表面的垂直距离，m为指数常数，h0为变厚度区域7正中间的边框壁厚；其中，m的取值范围为≥2。
32.当本发明的六边形周期声学黑洞减振降噪结构应用于船舶和车辆系统后，当动力机械产生振动噪声后，其弹性波传递到中间减震降噪芯板层2的二维声学黑洞晶胞4时，由于六边形孔洞5与六边形的二维声学黑洞晶胞4形成的六条边框具有变厚度区域7，并且变厚度区域7的边框壁厚由两侧到中间呈逐渐减小的趋势，不但可以形成弹性波的聚集效应，又可以获得弹性波的宽频带隙，在带隙频率范围内，弹性波将会受到抑制而无法传播，进而对弹性波起到较大的衰减作用，最终通过二维声学黑洞晶胞4就可以对弹性波的能量进行充分有效的吸收，大幅度提升了减振降噪效果，其噪声抑制频谱图如图5所示。
33.由于低振动与低噪声已是现代装备发展的一个重要指标特征，而过强的振动和噪声会严重影响装备的工作性能、精度、效率以及安全性、可靠性和服役寿命，同时过高的噪声还会破坏工作环境的舒适性，乃至对人的身体健康造成不可逆伤害。因此，掌握振动与噪声的机理，对于设计制造安全可靠、性能优良的系统与结构，抑制和防止振动与噪声带来的危害是十分必要的，而本发明的六边形周期声学黑洞减振降噪结构就可以满足这种需要。
34.众所周知，形成结构振动并产生噪声辐射的本质原因，通常可归结于结构的弹性波传播效应，以及结构弹性波与周围介质的相互耦合作用，对结构中的弹性波传播进行操控，已是实现结构减振降噪的一种有效手段。由于现有的仅仅依靠阻尼材料对波进行衰减的方法已经不能满足目前不断提高的机械性能要求，特别是在“全面提高重大装备技术水平”的战略需求下，大力发展结构减振降噪的新理论、新方法与新技术势在必行。
35.在本发明的六边形周期声学黑洞减振降噪结构中，所涉及的“声学黑洞”概念，是将天体物理学中的黑洞概念引入到振动和波动领域中形成的。声学黑洞是通过逐渐减小系统的几何参数或者材料特性参数而形成的一种具有能量聚集效应的结构，在理想情况下，波的传播速度随介质的变化逐渐减小到零，因此不会发生波的反射。
36.声学黑洞的实现方法多种，其中将梁或者薄板的厚度按照一定的规律剪裁是最简单有效的方法。
37.当入射弯曲波在结构的等厚度部分传播时，波长和波幅为定值，随着弯曲波从结构的等厚度区域进入到声学黑洞区域后，播速会因厚度的减小而逐渐减小，波长被压缩，波幅增大。
38.理想的声学黑洞结构边缘厚度可渐变为零，达到波在边缘处完全不反射的黑洞效果，即对波的完美俘获，但对于实际加工以及工程实际应用来说，实际结构的边缘厚度不可能无限趋近于零，即存在一个截断厚度。本发明的六边形周期声学黑洞减振降噪结构可以在工程实际应用中接近理论最优。
39.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。