[实用新型]一种三维局域共振型声子晶体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种局域共振型声子晶体，具体涉及一种具有超低频(50Hz 以下)带隙的三维局域共振型声子晶体。

背景技术

20世纪90年代开始提出的声子晶体即是一种从几何结构上实现控制弹性波的新方法。声子晶体是一种周期性人工声学功能材料，在一定频率范围内能阻止弹性波的传播。它的这一特性称为带隙，该特性为减振降噪提供了一种全新的思路和方法，受到很多学者的关注和研究。

2000年，刘正酞等人提出了基于局域共振机理的局域共振单元，其设计的声学结构可以控制波长大于晶格尺寸两个数量级的声波。2008年，Z.Yang等提出了一种具有动态负质量的膜型声学超材料，初步计算了结构的带隙，可以实现100Hz～1000Hz的宽频低频带隙，对减振降噪提供了一种更广泛适用的理论方案。为了得到详细的减振降噪效果，Jun Mei等于2012年发表了通过实验验证的结构设计方案，证实了在100Hz～1000Hz内确实存在超宽低频带隙，结构有非常好的隔振隔声效果。2013年吴健等人申请的专利研究了具有不同质量配重的复合元胞结构的声学超材料，通过调节配重位置和质量实现较宽带隙范围。同年，美国Osama R等研究了带孔跳板型声学超材料，有效拓宽了相对带隙范围，最高达到60％。2014年吴九汇和马富银等人申请的专利利用轻质和硅胶两种材料制备了轻质二组元声学超材料，在200Hz范围有宽度为73Hz 的低频带隙。

局域共振型声子晶体为解决低频减振降噪问题提供了有效的方法，但仍然存在两个问题：首先，传统的局域共振型声子晶体由于几何结构及材料性能的限制，其带隙频率不够低，目前仍然很难处理150Hz以下的低频噪声问题；其次，局域共振型声子晶体结构带隙一般都很窄，在保持较小结构尺寸的情况下，仍然很难得到宽带隙。

因此，提供一种针对低频150Hz以下的局域共振型声子晶体结构是本实用新型需要解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决传统的局域共振型声子晶体带隙频率不够低，很难处理150Hz以下的低频噪声问题，并且其带隙一般都很窄的问题，提出一种超低频带隙三维局域共振型声子晶体，通过改变包覆层的结构并使用超弹性橡胶材料获得极低的杨氏模量，从而使得基体材料与圆柱谐振子的振动耦合可以打开超低频带隙，并通过对所设计的包覆层进行调节使带隙拓宽。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

根据本实用新型提供的一个实施例，本实用新型提供了一种三维局域共振型声子晶体，包括基体、中间层斜条和中心圆柱体，所述基体由中心具有插槽圆孔的正方形板构成，中间层斜条分布在插槽圆孔的孔壁上，中心圆柱体沿中间层斜条中心在基体一个侧面分布；由所述基体材料正方形板、沿插槽圆孔呈放射型分布的中间层斜条以及中心圆柱体构成局域共振型声子晶体的最小单元元胞。

进一步，所述中间层斜条为若干个沿基体和中心圆柱谐振子之间均布的两两交错分布的内外扇形条，所述两两交错分布的内外扇形条通过粘合连接构成，且内外两个扇形条截面面积不同。

进一步，由所述内扇形条沿中心圆柱体外壁曲面底部布置构成多个对称分布的矩形插槽。

进一步，所述内外两个扇形条同心分布，厚度相同。

进一步，所述中间层斜条由超弹性橡胶组成。

进一步，所述基体采用环氧树脂材料。

进一步，所述基体正方形板的边长为30～50mm，厚度为6～10mm，圆孔半径为13～20mm。

进一步，所述中心圆柱体由金属铅组成。

进一步，所述中心圆柱体的半径L为8～14mm，高度h为30～50mm。

进一步，若干个包括基体正方形板、沿插槽圆孔呈放射型分布的中间层斜条和中心圆柱体构成的局域共振型声子晶体的最小单元元胞呈阵列分布，构成三维局域共振型声子晶体阵列。

本实用新型的特点在于：

1)该声子晶体其包覆层采用杨氏模量非常小的超弹性橡胶材料，并引入“空隙”进一步降低杨氏模量，因此可打开50Hz以下的超低频带隙。

2)通过对中间层斜条中扇形结构的长度和角度进行调整，可在超低频得到较宽的带隙。

3)本声子晶体仅需同种元胞的单层结构就可以有较宽的超低频带隙，无需多种元胞组合或多层结构，降低了结构布置难度，提升了结构的声学稳定性。

附图说明

图1为声子晶体的单个元胞示意图；

图2为声子晶体的元胞阵列示意图；

图3为中间层斜条放大示意图；