[发明专利]一种具有低频减震特性三维面心立方地震超材料

说明书

一种具有低频减震特性的三维面心立方地震超材料，包括拥有三个通孔的立方壳体，中心圆柱穿过三维壳体的通孔同轴并指向立方壳体体心，中心圆柱的基面与三维壳体外表面相平行，中心圆柱的侧面通过扇形块结构与立方壳体的内壁相连接，三维壳体、扇形块结构和中心圆柱采用三种不同的材料。发明在尺寸相同的情况下质量更轻，并可产生低频带隙特性，对地震波具有可控制的带隙范围。其带隙可通过调整扇形块数量，中心圆柱高度，扇形块扇形角度数以及立方壳体的壁厚进行调节。相对于布拉格散射类型地震超材料具有易于布置以及节约材料优势。本发明可用于建筑地基填充，对重要建筑基础设施进行有效的减震保护。

技术领域

本发明属于地震减震技术领域，特别涉及一种具有低频减震特性三维面心立方地震超材料。

背景技术

地震是一种严重的自然灾害，它以其突发性和极强的破坏性，严重威胁着人们的生命财产安全，因此地震防护显得尤为重要。

弹性超材料是周期结构的介质材料，因其可以抑制地震波在一定范围内不能传播，受到了学者们的广泛关注。近年来，人们开始将弹性超材料从固体物理领域向地震工程领域发展，产生了一种新的减震技术，即地震超材料。

现有地震超材料大多为二维结构，主要布置形式为周期布置防护，且因其结构的局限性，只能吸收地表层地震波，未能做到对地震波各方向做到全面屏蔽。而最近地震超材料的三维结构研究也大多集中于简单立方结构中，因其结构为实体材料填充且现有结构尺寸较大，往往集中在几米甚至几十米范围内，才可达到其建筑所需减震频率(0-40Hz)，因此现有结构在建造时普遍需要使用大量材料，增加了其建造成本；同时，因其尺寸结构较大，在安装搬运时也有诸多不便因此。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有低频减震特性三维面心立方地震超材料，其尺寸较小，具有良好的加工运输条件以及优异的低频减震性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有低频减震特性三维面心立方地震超材料，其主体为立方壳体1，其特征在于，所述立方壳体1的每组相对面均开有一个贯穿立方体中心的通孔，每个通孔两端分别设置一个中心圆柱3，各中心圆柱3与其所处的通孔同轴且内端与立方体中心具有间距，各中心圆柱3侧面通过若干扇形块结构2与通孔内壁连接，所述立方壳体1、扇形块结构2和中心圆柱3整体形成面心立方结构。

各个所述通孔的参数完全相同，各个所述中心圆柱3的参数完全相同，各个所述中心圆柱3所连接的扇形块结构2的结构、参数和设置形式完全相同。

所述中心圆柱3在立方壳体1的六个中心通孔中均有布置，且各中心圆柱3之间无连接关系，彼此独立，各中心圆柱3的端基面分别与立方壳体1的一个外表面相平行，各中心圆柱3的外端分别与立方壳体1的一个外表面平齐，各扇形块结构2纵向截面分别与立方壳体1的一个外表面平行。

所述立方壳体1的每个截面均为中心有孔的正方形，扇形块结构2为十字交叉分布，分别连接在所述通孔内壁与所述中心圆柱3的外壁。

所述扇形块结构2横向截面为圆环所截出的扇形，圆环外径与通孔孔径相同，圆环内径与中心圆柱3外径相同；所述扇形块结构2纵向截面形状均相同，两侧截面横向距离为10mm，所述扇形块结构2纵向高度与立方壳体1的薄壁厚度相同。

所述扇形块结构2外切于立方壳体1通孔，内切于中心圆柱3，所述扇形块结构2内嵌于立方壳体1，扇形块结构2两侧横截面相对应平行于立方壳体1内外薄壁表面，扇形块结构2一侧横截面同时也平行于中心圆柱3的端基面。

所述立方壳体1为薄壳结构，且在薄壳结构表面均设有垂直于表面的通孔，立方壳体1边长为100mm，壁厚为5mm，通孔直径为80mm。