[发明专利]一种悬臂梁式声子晶体及参数优化方法

权利要求书

1.一种悬臂梁式声子晶体，用于平板结构的减振，设置于平板结构大端面，其特征在于，包括幂律棱台基体(1)、十字形悬臂梁(2)、质量块(3)；

所述幂律棱台基体(1)包括幂律棱台部(10)和基体部(11)；

幂律棱台部(10)为竖向设置且上端面和下端面为正方形的四棱柱结构，幂律棱台基体(1)的上端面边长小于下端面边长；所述幂律棱台部(10)的棱边为幂律曲线形状；

基体部(11)由幂律棱台部(10)底部竖直向下延伸形成；基体部(11)底部与减振目标连接；

所述十字形悬臂梁(2)为十字形平板结构，所述十字形悬臂梁(2)固定在幂律棱台(1)顶部；十字形悬臂梁(2)的双臂等长且分别与幂律棱台(1)顶部的边平行设置；十字形悬臂梁(2)的梁宽与幂律棱台1顶部正方形的边长一致；

所述质量块(3)位于十字形悬臂梁2末端。

2.根据权利要求1所述的悬臂梁式声子晶体，其特征在于，幂律棱台部(10)的棱边对应的幂律曲线函数为：

曲线函数坐标以幂律棱台基体(1)底部角点为原点，以底部过角点的边长方向为x轴；其中a是指幂律棱台部(10)底部边长，b是指幂律棱台部(10)顶部边长，H_B指幂律棱台基体(1)的总高度，h_A是基体部(11)的高度，p为大于2的幂函数幂次。

3.根据权利要求1所述的悬臂梁式声子晶体，其特征在于，悬臂式声子晶体中幂律棱台基体(1)选用聚碳酸酯，十字形悬臂梁(2)与质量块(3)选用304不锈钢。

4.一种悬臂梁式声子晶体的参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.获取减振目标的基础参数；

所述基础参数至少包括减振目标的弹性模量、泊松比、密度、几何参数、以及作用于钢板的载荷频率；

步骤2.根据平板结构的尺寸确定悬臂梁式声子晶体的周期数，初步确定悬臂梁式声子晶体的材料和几何尺寸；

周期数是指在隔振的平板上设置的悬臂梁式声子晶体的个数，通过需隔振的平板尺寸来确定，同时间接确定悬臂梁式声子晶体的胞元边长；悬臂式声子晶体的几何尺寸先通过实施例中几何尺寸按照前述确定的胞元边长等比例放缩；根据预设参数设定材料类型；

步骤3.计算悬臂梁式声子晶体的能带曲线；包括：

在三维多物理场建模环境下建立几何模型：在几何中绘制悬臂梁式声子晶体单胞结构，确定材料参数；利用覆盖不可约布里渊区的波矢对周期性晶胞进行单独分析；设置波矢k在不可约布里渊区的分段函数，根据不可约布里渊区的范围设置波矢k在扫掠不可约布里渊区边界时需要用到的以m为自变量的分段函数；

将声子晶体的边长a设置为晶格常数，为使波矢沿不可约布里渊区X→M→Γ→X取值，波矢坐标为(π/l,0)→(π/l,π/l)→(0,0)→(π/l,0),,设置分段函数其中k x为波矢k在x方向的分量，k y为波矢在y方向的分量；

选定需要的材料参数，设定周期性条件；对模型进行有限元网格划分，对自变量m进行从0到3进行参数化扫描以实现对悬臂梁式声子晶体的第一不可约布里渊区边界的波矢扫描，获得悬臂梁式声子晶体的频散曲线；

步骤4.分析能带曲线的带隙频段，确定载荷频率是否在带隙频段内；

步骤5.若载荷频率在带隙频率内，直接进行步骤6；若载荷频率不在带隙频段内，则返回步骤2，对悬臂梁式声子晶体的材料与几何尺寸进行调整；

步骤6.将所设计的悬臂梁式声子晶体按照步骤2确定的周期数布置于平板结构上，实现对目标载荷频率的振动的阻挡。

5.根据权利要求4所述的悬臂梁式声子晶体的参数优化方法，其特征在于，所述步骤3中，在固体力学模块中选择周期性条件，在周期性条件设置中将周期性类型设置为Floquet周期，并在x与y方向输入之前在定义中设置好的kx、ky分段函数并在研究中添加参化扫描，扫描参数为m，扫描范围为0到3。

6.根据权利要求4所述的悬臂梁式声子晶体的参数优化方法，其特征在于，所述步骤3中，网格划分时首先将悬臂梁与质量块划分成结构化正六面体网格，然后将棱台划分成自由四面体网格，最后将连接平板划分成三棱柱网格。划分网格时要确保弹性波一个波长至少包含有5到6个单元。