[实用新型]基于多重共振耦合机理的具有低频带隙的三维径向声子晶体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型三维的基于多重共振耦合机理并且能在低频区域具有带隙特性的结构，具体是一种能够在500Hz以下实现能带带隙，可以满足低频的减振需求的三维径向声子晶体。

背景技术

在以往的二十几年关于声子晶体的研究中，几乎全部的研究都是笛卡尔坐标系。不管是对于正方排列或者是三角排列的晶格而言，带隙的产生实际上和波传播的方向有关。在最近的几年中，圆环形声子晶体的结构被提出用来得到全方向带隙。圆环声子晶体结构在径向上是高度对称的，可以看作是在径向r方向上的周期排列结构。2009年，Torrent等人使用不对称质量块组成的声学超材料，首次提出了径向声子晶体结构，并且经过研究证实了声波在特定频率范围内是不能够穿过该结构的，这就证明了径向声子晶体带隙的存在。2012年Xu等人在圆柱坐标中使用传递矩阵法研究了二维弧状正字晶体，证实了该类型的声子晶体结构可以打开低频带隙。

从目前的研究来看，该类型声子晶体的研究主要存在两个缺陷，一是对于全方向带隙的声子晶体的研究目前多是一维、二维结构的，而该类型三维结构声子晶体的研究几乎没有，并且这些研究多是进行仿真分析，并没有提供出能够实物；二是当前研究的都是这种全方向带隙的形成机理，所产生的带隙基本都是在中高频频段，而对于实际工程需求来看，对于中高频段的减振措施，一般采用常规的阻尼减振材料或者减振结构就已经能够满足工程需求了，因此，提供一种针对低频500Hz以下的减振结构是本实用新型需要解决的技术问题。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的不足，解决目前对于低频(500Hz以下)减振存在的成品高效率低的问题。本实用新型实施例提供了一种基于多重共振耦合的径向三维声子晶体的仿真结构，通过对声子晶体的材料和结构进行重构，由圆柱坐标下径向旋转二维剖面所得到的三维结构，其结构是由三种材料组成的周期性分布的环状结构，该结构在500Hz以下存在多个带隙，即可以用于各种圆形设备的减振，该结构为低频减振的研究打开了新的方向。同时，其制作工艺简单，制作成本较低，环保清洁，为在工程实践中的推广提供了很好的基础。

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，本实用新型提供了基于多重共振耦合机理的具有低频带隙的三维径向声子晶体，包括五个相互嵌套的圆环构成的三维径向声子晶体单元，在五个圆环中，内环与外环、次内环与次外环分别材料相同、轴向高度相同；且中环轴向高度大于内环与外环、次内环与次外环轴向高度，中环径向长度r_C、内环与外环径向长度r_A和次内环与次外环径向长度r_B满足r_C>r_A>r_B；

由至少三个三维径向声子晶体单元相互嵌套构成具有低频带隙的三维径向声子晶体。

进一步，所述内环与外环、次内环与次外环轴向高度为1mm，中环轴向高度为10mm；内环与外环的径向长度为3.0～3.9mm，次内环与次外环的径向长度为1.0～1.5mm，中环径向长度为4.0～6.0mm。

进一步，所述内环与次内环、外环与次外环为采用快速凝固的胶水粘接并固化后的结构，次内环与次外环与中环相互嵌套。

进一步，所述五个圆环中，内环与外环、次内环与次外环和中环均采用金属铝材料。

进一步，所述五个圆环中，内环与外环和中环均采用金属铝材料，次内环与次外环采用硅橡胶材料。

进一步，所述五个圆环中，内环与外环、次内环与次外环和中环均采用硅橡胶材料。

进一步，所述五个圆环中，内环与外环和次内环与次外环采用金属铝材料，中环均采用硅橡胶材料。

本实用新型的特点在于：

该三维径向声子晶体是基于声子晶体领域所提出的一个创新方案，该结构中所用材料简单，一般是硅橡胶材料和铝材料，这些都是低成本的清洁材料，而且该产品的加工工艺简单，从材料和加工工艺上看，这些都很容易在实际生活中得到满足，便于该实用新型的推广和应用，在该方案中，我们主要采用了四种不同的材料分配方式来力求在低频区打开其带隙。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1)材料的成本较低，并且在实际中便于购买和加工，与传统的局域共振型声子晶体的制备相比，具有加工快捷便利，设计成本低，结构的耐用性强，可应用范围广，便于推广以及节能环保等优点。