本發(fā)明屬于汽車設(shè)備，具體涉及一種空間并聯(lián)仿生聲學超結(jié)構(gòu)車門鈑金結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，消費者對車輛舒適性的要求日益提高，其中關(guān)門聲品質(zhì)作為衡量車輛品質(zhì)的重要指標之一，受到了廣泛關(guān)注。關(guān)門聲品質(zhì)不僅關(guān)乎車輛的整體質(zhì)感，還直接影響到乘客的乘坐體驗。研究表明車門鎖、密封條、阻尼塊及車門鈑金均對關(guān)門聲品質(zhì)有直接影響，車門鈑金對關(guān)門聲品質(zhì)影響較為顯著。因此，如何通過車門鈑金設(shè)計優(yōu)化關(guān)門聲品質(zhì)，成為汽車設(shè)計領(lǐng)域的重要研究課題。

2、聲學超結(jié)構(gòu)作為一種新興的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，具有優(yōu)異的聲學性能調(diào)控能力。聲學超材料是一種由特殊設(shè)計的人工聲學微結(jié)構(gòu)單元周期排列在彈性介質(zhì)中構(gòu)成的新型聲學材料或結(jié)構(gòu)。聲學超材料通過其獨特的微結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的隔音性能。這些材料能夠控制聲波的傳播和反射，有效阻止聲波通過特定頻率范圍，從而減少噪音的傳播。傳統(tǒng)的隔音材料往往只在特定頻率范圍內(nèi)具有較好的隔音效果，而聲學超材料則可以實現(xiàn)寬頻帶的隔音能力。這意味著聲學超材料能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)有效隔離噪音，提高隔音效果的全面性和可靠性。這種寬頻帶隔音能力使得聲學超材料在復(fù)雜噪音環(huán)境下具有更好的適應(yīng)性。聲學超材料通常采用輕質(zhì)材料和薄型化設(shè)計，這使得它們在隔音降噪應(yīng)用中具有更好的便攜性和安裝便利性。相比傳統(tǒng)的隔音材料，聲學超材料更加輕便、易于加工和安裝，能夠降低工程成本并提高施工效率。在車門鈑金設(shè)計中引入聲學超結(jié)構(gòu)理念，旨在通過優(yōu)化車門鈑金的材料組成、結(jié)構(gòu)布局，提升車門的聲學性能，進而改善關(guān)門聲品質(zhì)。

3、在車門關(guān)閉時，由于車門與車身之間的碰觸，常會產(chǎn)生較大的噪音，影響乘車的舒適度。車門鈑金作為車輛的重要構(gòu)成部分，其主要作用是支撐車門結(jié)構(gòu)、保證車門正常運作，同時提供外觀美觀性、增強防撞性能和提升駕駛舒適度。從降噪的角度，車門鈑金內(nèi)部集成的隔音材料能夠有效減少車輛行駛過程中的噪音傳入車內(nèi)，從而提升駕駛的舒適度。當前市場上的車門鈑金大多采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)制成，缺乏有針對性的噪聲抑制設(shè)計，難以為關(guān)門噪音問題的解決起到應(yīng)有的助力?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點主要包括：

4、(1)隔聲材料不足或缺乏針對性設(shè)計：車門鈑金的設(shè)計往往更側(cè)重于支撐車門結(jié)構(gòu)、保證車門正常運作以及提供外觀美觀性和增強防撞性能，而針對關(guān)門噪音的抑制設(shè)計則相對不足。這導致車門在關(guān)閉時，由于與車身之間的碰觸而產(chǎn)生的噪音難以得到有效控制。

5、(2)特定頻段噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計不足：工程應(yīng)用中，對重量和空間的要求很苛刻，在插入面板時往往難以避免面板與物體之間強烈的近場耦合效應(yīng)，導致隔聲效果不佳。車門鈑金在關(guān)門時產(chǎn)生的振動也是噪音的來源之一，考慮到關(guān)門噪聲控制所受的空間和質(zhì)量限制，傳統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)難以有效解決低頻段的噪聲峰。

6、(3)寬頻率范圍的噪音產(chǎn)生：車門鈑金關(guān)閉時產(chǎn)生的噪音頻率范圍廣泛，從低頻到高頻均有涉及，特別是在1000～10000hz的范圍內(nèi)尤為顯著。這種寬頻率范圍的噪音不僅難以通過單一材料或設(shè)計進行有效隔絕，還可能對乘客的聽覺造成不適，進一步降低乘車舒適度。

7、現(xiàn)有的技術(shù)方案一：一種汽車車門降噪音結(jié)構(gòu)公開了一種汽車車門降噪音結(jié)構(gòu)，包括:汽車門，汽車門的外圍均安裝有降噪音機構(gòu)，降噪音機構(gòu)包括開設(shè)于汽車門外緣上的安裝槽和活動設(shè)置在安裝槽內(nèi)的推板，安裝槽的內(nèi)側(cè)連通有道，推板內(nèi)側(cè)連接有導向桿，導向桿為兩段式結(jié)構(gòu)且中間連接有彈，導向桿的末端開設(shè)有卡槽，卡槽內(nèi)活動設(shè)置有呈傾斜狀設(shè)置的調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿的中部開設(shè)有穿孔且外端固定有壓板，穿孔內(nèi)活動設(shè)置有限位栓，限位栓的末端固定在道內(nèi)壁上，壓板的外側(cè)還設(shè)置有橡膠隔音墊。該技術(shù)方案對汽車車門的隔音墊進行了改進，在汽車關(guān)閉時通過內(nèi)部的調(diào)節(jié)機構(gòu)可以將隔音墊與車體緊密的貼合在一起，防止長時間使用導致隔音墊發(fā)生松動的情況，提高汽車車門的隔音效果。其存在的缺點在于：該車門降噪音結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要調(diào)節(jié)機構(gòu)控制橡膠隔音墊；該結(jié)構(gòu)無法針對特定頻率進行降噪；該結(jié)構(gòu)存在可能影響車門整體密封性能。

8、現(xiàn)有的技術(shù)方案二：一種汽車車門減震結(jié)構(gòu)包括外飾板、內(nèi)鈑金和內(nèi)飾板，所述內(nèi)鈑金設(shè)在外飾板和內(nèi)飾板之間，所述內(nèi)飾板的背面邊緣一圈設(shè)有減震槽，所述內(nèi)鈑金的正面邊緣一圈設(shè)有減震凸起，所述內(nèi)鈑金上的凸起與內(nèi)飾板上的減震槽對應(yīng)；所述內(nèi)飾板的下部背面設(shè)有四槽，所述內(nèi)飾板與內(nèi)鈑金之間設(shè)有內(nèi)吸能板，所述內(nèi)吸能板設(shè)置在內(nèi)飾板的背面凹槽內(nèi)；所述內(nèi)鈑金的下部背面設(shè)有凹槽，所述外飾板與內(nèi)鈑金之間設(shè)有內(nèi)吸能板，所述內(nèi)吸能板設(shè)置在內(nèi)鈑金的背面凹槽內(nèi)。外飾板、內(nèi)鈑金、內(nèi)飾板之間設(shè)計相關(guān)緩沖結(jié)構(gòu)可以很好的減緩沖擊力，起到減震的效果。其存在的缺點在于：該車門降噪音結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及車門內(nèi)外板結(jié)構(gòu)較多；該結(jié)構(gòu)無法針對特定頻率進行降噪；該結(jié)構(gòu)增加了車門整體質(zhì)量，不利于車身輕量化設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種能增加結(jié)構(gòu)的剛性、穩(wěn)定性，提升降噪效果的空間并聯(lián)仿生聲學超結(jié)構(gòu)車門鈑金結(jié)構(gòu)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種空間并聯(lián)仿生聲學超結(jié)構(gòu)車門鈑金結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)板和外板，內(nèi)板和外板之間通過連接桿相連，內(nèi)板和外板之間設(shè)有耳蝸型聲學超材料結(jié)構(gòu)單胞；內(nèi)板上分為a區(qū)、b區(qū)和c區(qū)，a區(qū)設(shè)有通過沖壓形成多質(zhì)量塊薄板型聲學超材料單胞，多質(zhì)量塊薄板型聲學超材料單胞包括薄板和a區(qū)質(zhì)量塊，a區(qū)質(zhì)量塊位于薄板之上；b區(qū)設(shè)有微穿孔薄板聲學超材料單胞，每一個微穿孔薄板聲學超材料單胞包括微穿孔薄板聲學超材料和環(huán)形框架，微穿孔薄板聲學超材料位于環(huán)形框架內(nèi)；c區(qū)設(shè)有蜂窩薄板聲學超材料單胞，蜂窩薄板聲學超材料單胞包括蜂窩薄板、薄膜和c區(qū)質(zhì)量塊，c區(qū)質(zhì)量塊位于薄膜上，薄膜位于蜂窩薄板內(nèi)；內(nèi)板和外板之間的空腔部位通過上下兩根連接桿，將耳蝸型聲學超材料結(jié)構(gòu)單胞固定在空腔中，進而改變結(jié)構(gòu)的固有頻率從而達到低頻噪聲控制的效果。

3、優(yōu)選地，所述a區(qū)質(zhì)量塊包括中心質(zhì)量塊和邊緣質(zhì)量塊，邊緣質(zhì)量塊的數(shù)量為四且分布在中心質(zhì)量塊的四周，邊緣質(zhì)量塊和中心質(zhì)量塊材質(zhì)相同，均為鋁制；中心質(zhì)量塊的半徑尺寸為1.2mm，邊緣質(zhì)量塊的半徑尺寸為0.6mm，厚度為均為1mm，其中心距離薄板圓心的距離均為3.6mm，a區(qū)質(zhì)量塊的楊氏模量、泊松比和密度分別為e2＝72gpa，ν4＝0.33，ρ4＝2700kg/m3。

4、優(yōu)選地，所述薄板的半徑為6mm，厚度為0.15mm，材料為pet板，其楊氏模量、泊松比和密度分別為e1＝3gpa，ν1＝0.39，ρ1＝1432kg/m3。

5、優(yōu)選地，所述微穿孔薄板聲學超材料包括微穿孔薄板，微穿孔薄板中間貼附著一個具有圓形微穿孔的環(huán)形質(zhì)量塊，微穿孔薄板聲學超材料單胞為亥姆霍茲共鳴器結(jié)構(gòu)，微穿孔薄板聲學超材料組成了處于亥姆霍茲共鳴器頂部的微穿孔薄板聲學超材料，微穿孔薄板和環(huán)形質(zhì)量塊的中心圓形孔，充當亥姆霍茲共鳴器的頸部，允許空氣顆粒通過，微穿孔薄板的四周被固定在環(huán)形框架上，該環(huán)形框架構(gòu)成了亥姆霍茲共鳴器空腔周圍的壁面。

6、優(yōu)選地，所述微穿孔薄板厚度t1＝0.125mm，半徑r1＝10mm；環(huán)形質(zhì)量塊的高度t2＝8mm，半徑r2＝2mm；環(huán)形框架厚度t3＝1mm，高度t4＝25mm；微穿孔半徑r0＝0.5mm。

7、優(yōu)選地，所述微穿孔薄板的材質(zhì)包括聚酰亞胺材質(zhì)，其楊氏模量、泊松比和密度分別為e1＝2.5gpa，ν1＝0.34，ρ1＝1420kg/m3；環(huán)形框架的材質(zhì)包括樹脂材質(zhì)，其楊氏模量、泊松比和密度分別為e2＝2.695gpa，ν2＝0.44，ρ2＝1180kg/m3；環(huán)形質(zhì)量塊的材質(zhì)包括黃銅材質(zhì)，其楊氏模量、泊松比和密度分別為e3＝90gpa，ν3＝0.33，ρ3＝8530kg/m3。

8、優(yōu)選地，所述蜂窩薄板為沖壓形成的正六邊形蜂窩薄板結(jié)構(gòu)，正六邊形蜂窩薄板厚度t1＝0.125mm，半徑r1＝6mm；沖壓凹槽深度為h＝4mm；c區(qū)質(zhì)量塊為鋁制，r＝1.2mm，t2＝1mm。

9、優(yōu)選地，所述耳蝸型聲學超材料結(jié)構(gòu)單胞包括依次相連的耳蝸第一結(jié)構(gòu)和耳蝸第二結(jié)構(gòu)，耳蝸第一結(jié)構(gòu)為半橢圓形結(jié)構(gòu)，耳蝸第二結(jié)構(gòu)為半圓形結(jié)構(gòu)，耳蝸螺旋頂側(cè)的起始半徑為3mm，底部終點的半徑為6mm，螺旋圈數(shù)為2.7，螺旋總長度為32mm。

10、本發(fā)明的有益效果是：

11、1、本發(fā)明所提供的一種空間并聯(lián)仿生聲學超結(jié)構(gòu)車門鈑金結(jié)構(gòu)，優(yōu)化材料分布，增強車門剛性與穩(wěn)定性，通過引入空間并聯(lián)薄板結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅優(yōu)化了材料的分布，減少了材料浪費，還顯著提高了車門整體的抗變形能力和承載能力，使車門在受到外力時更加穩(wěn)固可靠。

12、2、本發(fā)明能實現(xiàn)高效降噪與隔音：蜂窩結(jié)構(gòu)本身具有良好的吸音性能，結(jié)合腔板耦合設(shè)計，即亥姆霍茲共鳴器與微穿孔薄板聲學超材料的結(jié)合，能夠針對特定頻段的噪聲進行有效抑制。同時，多質(zhì)量薄板型聲學超結(jié)構(gòu)的引入，進一步拓寬了降噪的頻率范圍，特別是針對高頻噪音(1000～10000hz)，實現(xiàn)了寬頻降噪的效果，提升了車內(nèi)的靜謐性和乘坐舒適度。

13、3、本發(fā)明采用輕量化設(shè)計，提升燃油經(jīng)濟性：采用沖壓成型的單層薄板和蜂窩結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)車門降噪方法，例如增加阻尼塊等，減輕了車門重量。輕量化設(shè)計不僅降低了車輛的整體質(zhì)量，減少了能源消耗和排放，還提升了車輛的操控性和加速性能，對提升燃油經(jīng)濟性和環(huán)保性能具有積極意義。

14、4、本發(fā)明增強設(shè)計的靈活性與可調(diào)性：腔板耦合設(shè)計允許對亥姆霍茲共鳴器的尺寸、形狀及位置進行靈活調(diào)整，以適應(yīng)不同車型和噪聲環(huán)境的需求。同時，多質(zhì)量薄板型聲學超結(jié)構(gòu)的設(shè)計也提供了更多的設(shè)計自由度，可以根據(jù)具體降噪需求進行定制化設(shè)計，確保最佳的降噪效果。

15、5、本發(fā)明優(yōu)化頻率與空腔效應(yīng)，顯著提升隔音性能：該結(jié)構(gòu)不僅通過優(yōu)化形狀、尺寸和分布調(diào)整固有頻率，還利用獨特的形狀和空腔效應(yīng)有效分散和吸收關(guān)門噪音，顯著提升車門隔音性能。