[发明专利]一种低频减振轻质超材料点阵结构及其制作方法

权利要求书

1.一种低频减振轻质超材料点阵结构，由二维周期排列的单胞构成，其特征在于：所述单胞包括基体结构和嵌入基体结构内的长方体形共振单元，所述基体结构包括上下面板和内部金字塔型夹芯结构；所述长方体形共振单元位于内部金字塔型夹芯结构内部，每个单元由上下两部分构成，上部采用硬质金属材料，下部采用玻璃纤维增强(GFR)尼龙材料。

2.如权利要求1所述的一种低频减振轻质超材料点阵结构，其特征在于：所述基体结构采用玻璃纤维增强(GFR)尼龙材料。

3.如权利要求1所述的一种低频减振轻质超材料点阵结构，其特征在于：所述单胞的边长和厚度均为a＝40mm，上下面板的厚度e＝2.3mm，内部金字塔型夹芯的圆杆的直径r＝4mm，所述圆杆与下面板夹角为60度，长方体形共振单元的边长d＝13mm，高度为16mm。

4.如权利要求1所述的一种低频减振轻质超材料点阵结构，其特征在于：弹性波禁带与共振单元的局域共振有关，周期排列的单胞可以用等效质量弹簧模型表述，根据等效质量理论，在等效质量为负值的频率区间内，弹性波的传播被抑制；在该区间外，弹性波的传播基本不受影响，不同h₁的共振单元具有不同的共振频率，使轻质点阵结构具有不同频率范围的弹性波禁带，其中，h₁为单元上部的高度，h₂为单元下部的高度，h₁+h₂小于点阵结构内部总高度。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种低频减振轻质超材料点阵结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将硬质金属材料、玻璃纤维增强(GFR)尼龙材料的材料密度、杨氏模量、泊松比分别记为ρ₁，E₁，v₁和ρ₂，E₂，v₂；

S2、建立单胞的有限元模型，包括基体结构和内部的长方体形共振单元，并在模型的四周边界设置Bloch边界条件；在单胞的第一不可约布里渊区的边界上进行扫掠，计算不同波矢k对应的特征频率，得到所设计结构的频散曲线和弹性波禁带；

S3、选择具有不同h₁和h₂的共振单元的单胞计算频散曲线，使得到的弹性波禁带尽可能宽，以此作为周期排列超材料点阵结构的单胞；

S4、将单胞沿着平面两个方向进行周期排列，建立具有有限周期数的超材料点阵结构。