[發明專利]一種含梳狀夾層的三相聲子功能材料結構及制作方法

有效

• 申請號: 201210148557.0
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102708852A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 汪越勝;王艷鋒;王力田;吳弘
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明屬于聲學，涉及了機械、凝聚態物理、力學和材料學等領域，尤其涉及一種含梳狀夾層的三相聲子功能材料結構以及其制作方法。

背景技術

近年來，一種人造周期性復合結構-聲子晶體受到人們的廣泛關注。聲子晶體是一種由兩種或兩種以上材料周期排列形成的聲帶隙功能材料。其中傳播的彈性波由于受到彈性常數的周期性調制，可能會產生聲子帶隙，即一定頻率范圍的彈性波傳播被抑制，從而有利于營造一個無振環境，為結構的減振降噪控制賦予新的活力。因此，聲子晶體已成為材料學、物理學、聲學、力學及其它相關學科活躍的研究領域之一。

隨著人工合成周期性復合材料在國防軍事、航空航天、微機電設備等方面的大量應用，小尺寸、低頻寬帶隙聲子晶體的研制成為工程中迫切關注的問題。例如，低頻噪聲被視為危害人類健康的“無形殺手”。然而，根據聲子晶體的彈性波帶隙形成機理，聲子晶體可以分為Bragg散射型和局域共振型兩種聲子晶體。前者帶隙頻率所對應的波長與晶格常數處于同一數量級，而后者帶隙頻率所對應的波長遠大于晶格常數。因此，對于Bragg散射型聲子晶體，只有通過減小周期結構中的彈性波平均波速來獲得低頻帶隙。然而一般材料中的彈性波速較快，很難滿足這一要求，不得不增大尺寸。而對于局域共振型聲子晶體，已有實驗證明可用較小尺寸獲得低頻帶隙。但是，由于Fano現象的影響，帶隙內彈性波的有效衰減比較小，所形成的帶隙有時過窄，因此仍存在著一定的局限性。因此，必須尋找一種有效手段，在減小器件尺寸的同時有效降低帶隙頻率及增加帶隙寬度，而這也是目前研究的難點之一。

為解決現有技術存在的上述不足，提出本發明。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有結構難以同時滿足小尺寸和低頻寬帶隙要求的不足，提供一種含梳狀夾層的三相聲子功能材料結構。

為解決上述技術問題，實現本發明的目的，本發明提供了一種含梳狀夾層的三相聲子功能材料結構，包括內核，內核外表面包覆有夾層，內核同軸陣列排列設置在基體內，夾層為環形排列設置在內核外表面的楔體，夾層外形是梳狀，楔體之間具有間隙。

所述夾層上的楔體一體設置在一帶體上，該帶體同軸環形設置在內核外表面。

所述夾層上的楔體為中軸線與帶體垂直的矩形或梯形。

或者，所述夾層上的楔體為中軸線與帶體傾斜設置的四邊形。

所述的夾層上的楔體的個數至少為8個。

所述的夾層的彈性模量比基體彈性模量小一個量級，所述的內核的密度是基體密度的兩倍以上，內核的半徑大于晶格常數的四分之一；夾層厚度是內核半徑的九分之一到四分之一。

本發明還提供了前述的三相聲子功能材料結構的制作方法，包括以下步驟：

步驟1），材料選擇：梳狀夾層的彈性模量比基體的彈性模量小一個量級；內核的密度是基體密度的兩倍以上，內核的半徑大于晶格常數的四分之一；

步驟2），梳狀夾層制作：在平直帶體上周期排列楔體，楔體的截面形狀可以是矩形或梯形，楔體的中軸線與帶體垂直；或者楔體為與帶體成傾斜角度設置的不規則四邊形；夾層厚度是內核半徑的九分之一到四分之一；

步驟3），將梳狀夾層纏繞在內核上；梳狀夾層可以采用內嵌集中式纏繞在內核上，也可以采用外凸發散式纏繞內核上。

步驟4），正方晶格周期排列纏繞梳狀夾層的內核后，澆注基體，形成三相聲子功能材料結構。

還包括步驟5），方法的適用性：針對不同結構聲學特性的要求，重復步驟1）-步驟4），形成滿足結構聲學特性要求的三相聲子功能材料結構。

本發明的有益效果是在滿足結構聲學特性要求的同時，減小結構尺寸，獲得低頻寬帶聲學帶隙，結構中含周期性分布的包覆梳狀夾層的內核，加工簡單。

附圖說明

當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定，其中：

圖1是三種不同截面形狀的楔體;（a）矩形、（b）上底寬余下底的梯形、（c）下底寬余上底的梯形；

圖2是梳狀楔體示意圖；楔體周期排列在一條很薄的平直帶上;（a）梳狀楔體截面圖、（b）梳狀楔體三維圖；

圖3是梳狀楔體纏繞方式；（a）內嵌（集中）式纏繞、（b）外凸（發散）式纏繞；

圖4是三相聲子功能材料結構元胞截面圖；

圖5是含梳狀夾層的三相聲功能材料結構；