[发明专利]一种利用曲率半径调控带隙的声子晶体

说明书

本发明公开了一种利用曲率半径调控带隙的声子晶体。该声子晶体由多个原胞周期性排列构成，原胞包括圆柱体、弯曲的带状结构和薄片结构；带状结构的一弧形端与圆柱体的侧面相接，带状结构的另一弧形端与薄片结构的弧形侧边相接，薄片结构与带状结构的轴线相互垂直；带状结构采用多个，且弯曲方向相同；薄片结构采用多个。本发明的声子晶体具有很好的可调性，可获得较宽的带隙，并降低了结构复杂度，同时为减振降噪提供一种新途径。

技术领域

本发明属于噪声、振动控制的声学功能材料领域，具体涉及为一种用曲率半径调控xy平面带隙宽度的声子晶体。

背景技术

近年来，随着现代工业技术的发展，机械设备开始向复杂化、高速化发展，噪声和振动问题也日益突出，持续的噪声和振动一方面会对机械设备产生不可逆的影响，降低其使用寿命，另一方面也会对我们的生活和安全造成干扰。吸声降噪已经成为生活、坏境和军事等领域中的一个重要课题。目前，吸声降噪常采用的大多是混领土、钢板的复合材料，其设计和制作是根据质量定律和材料的内阻尼定律，对于特定频率的弹性波效果不明显。20世纪90年代开始提出的声子晶体是一种可以从几何结构上调控弹性波的新方法，在某些频率上具有弹性波带隙，该特性使其有希望应用于在吸声降噪领域。所以，如何获得可调宽带隙的声子晶体结构，并把其用于减振降噪领域就显得十分重要。

近些年来，国内外学者在寻求带隙的声子晶体结构方面做了大量的研究。2000年，刘正猷(Physica B Physics of Condensed Matter,289(5485):1734.)利用局域共振的机理，设计的声子晶体可以对波长大于晶格尺寸两个数量级的弹性波进行控制。中国专利CN105374348A介绍了一种超带隙瓣型局域共振声学超材料，通过对一种原胞组成的单层结构实现超宽带隙，无需多种材料原胞组合堆叠，提升了声学稳定性，较大的提高了带隙范围占作用频率总范围的比例。虽然上述声学超材料在都可以产生禁带，但是最小单元中都涉及到多种材料，制备起来不太简便。2016年，郑辉(Proceedings of the Institution ofMechanical Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering Science,230(16):2840)等研究了二维手性结构声子晶体的带隙和传输谱，发现该结构在某些频率存在带隙和较低的弹性波透过率，且制备起来较为方便，无需多种材料的堆叠，但该结构的相对带隙(Δf/fc)较高，性能不太理想。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的问题，本发明提供一种xy平面可调带隙的声子晶体，该声子晶体的结构仅采用一种材料，不仅制备简单，而且能够有效地控制振动设备的中低频率的振动传播。

为了实现上述发明的目的，本发明采用的技术方案是：

声子晶体由多个原胞周期性排列构成，所述原胞包括圆柱体、弯曲的带状结构和薄片结构；所述带状结构的一弧形端与圆柱体的侧面相接，带状结构的另一弧形端与薄片结构的弧形侧边相接，薄片结构与带状结构的轴线相互垂直；所述带状结构采用多个，且弯曲方向相同；所述薄片结构采用多个。

与现有技术相比，本发明提供的声子晶体在采用单一材料的基础上，引入曲率半径，通过对振动模式进行分离的方法，有效地打开和调控结构的带隙，从而实现对特定弹性波进行吸收。本发明的优点是：本发明声子晶体结构的带隙具有非常好的可调性，带隙起始、截止频率为5500Hz和12850Hz，带隙宽度为7350Hz，相对带隙率可以高达80.11％，较大地提高了带隙范围占使用频率总范围的比例。另外，本声子晶体无需多相材料的组合或堆叠，可采用3D打印技术制备，降低了结构布置难度，提升了声学稳定性，为解决现有减振降噪问题提供了一种有效地方法。

附图说明

图1为本发明实施例的声子晶体原胞结构图，(a)俯视图；(b)轴测图。

图2为本发明实施例的声子晶体原胞阵列示意图。