[實用新型]基于多重共振耦合機理的具有低頻帶隙的三維徑向聲子晶體

有效

• 申請號: 201720699255.0
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN206819730U
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 高南沙;程寶柱;張瑞浩;侯宏
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G10K11/172
• 分類號: G10K11/172;G10K11/36;F16F15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 姚詠華

技術領域

本實用新型涉及一種新型三維的基于多重共振耦合機理并且能在低頻區域具有帶隙特性的結構，具體是一種能夠在500Hz以下實現能帶帶隙，可以滿足低頻的減振需求的三維徑向聲子晶體。

背景技術

在以往的二十幾年關于聲子晶體的研究中，幾乎全部的研究都是笛卡爾坐標系。不管是對于正方排列或者是三角排列的晶格而言，帶隙的產生實際上和波傳播的方向有關。在最近的幾年中，圓環形聲子晶體的結構被提出用來得到全方向帶隙。圓環聲子晶體結構在徑向上是高度對稱的，可以看作是在徑向r方向上的周期排列結構。2009年，Torrent等人使用不對稱質量塊組成的聲學超材料，首次提出了徑向聲子晶體結構，并且經過研究證實了聲波在特定頻率范圍內是不能夠穿過該結構的，這就證明了徑向聲子晶體帶隙的存在。2012年Xu等人在圓柱坐標中使用傳遞矩陣法研究了二維弧狀正字晶體，證實了該類型的聲子晶體結構可以打開低頻帶隙。

從目前的研究來看，該類型聲子晶體的研究主要存在兩個缺陷，一是對于全方向帶隙的聲子晶體的研究目前多是一維、二維結構的，而該類型三維結構聲子晶體的研究幾乎沒有，并且這些研究多是進行仿真分析，并沒有提供出能夠實物；二是當前研究的都是這種全方向帶隙的形成機理，所產生的帶隙基本都是在中高頻頻段，而對于實際工程需求來看，對于中高頻段的減振措施，一般采用常規的阻尼減振材料或者減振結構就已經能夠滿足工程需求了，因此，提供一種針對低頻500Hz以下的減振結構是本實用新型需要解決的技術問題。

實用新型內容

為了克服現有技術中存在的不足，解決目前對于低頻(500Hz以下)減振存在的成品高效率低的問題。本實用新型實施例提供了一種基于多重共振耦合的徑向三維聲子晶體的仿真結構，通過對聲子晶體的材料和結構進行重構，由圓柱坐標下徑向旋轉二維剖面所得到的三維結構，其結構是由三種材料組成的周期性分布的環狀結構，該結構在500Hz以下存在多個帶隙，即可以用于各種圓形設備的減振，該結構為低頻減振的研究打開了新的方向。同時，其制作工藝簡單，制作成本較低，環保清潔，為在工程實踐中的推廣提供了很好的基礎。

為達到上述目的，本實用新型的實施例采用如下技術方案：

根據本實用新型提供的一個實施例，本實用新型提供了基于多重共振耦合機理的具有低頻帶隙的三維徑向聲子晶體，包括五個相互嵌套的圓環構成的三維徑向聲子晶體單元，在五個圓環中，內環與外環、次內環與次外環分別材料相同、軸向高度相同；且中環軸向高度大于內環與外環、次內環與次外環軸向高度，中環徑向長度r_C、內環與外環徑向長度r_A和次內環與次外環徑向長度r_B滿足r_C>r_A>r_B；

由至少三個三維徑向聲子晶體單元相互嵌套構成具有低頻帶隙的三維徑向聲子晶體。

進一步，所述內環與外環、次內環與次外環軸向高度為1mm，中環軸向高度為10mm；內環與外環的徑向長度為3.0～3.9mm，次內環與次外環的徑向長度為1.0～1.5mm，中環徑向長度為4.0～6.0mm。

進一步，所述內環與次內環、外環與次外環為采用快速凝固的膠水粘接并固化后的結構，次內環與次外環與中環相互嵌套。

進一步，所述五個圓環中，內環與外環、次內環與次外環和中環均采用金屬鋁材料。

進一步，所述五個圓環中，內環與外環和中環均采用金屬鋁材料，次內環與次外環采用硅橡膠材料。

進一步，所述五個圓環中，內環與外環、次內環與次外環和中環均采用硅橡膠材料。

進一步，所述五個圓環中，內環與外環和次內環與次外環采用金屬鋁材料，中環均采用硅橡膠材料。

本實用新型的特點在于：

該三維徑向聲子晶體是基于聲子晶體領域所提出的一個創新方案，該結構中所用材料簡單，一般是硅橡膠材料和鋁材料，這些都是低成本的清潔材料，而且該產品的加工工藝簡單，從材料和加工工藝上看，這些都很容易在實際生活中得到滿足，便于該實用新型的推廣和應用，在該方案中，我們主要采用了四種不同的材料分配方式來力求在低頻區打開其帶隙。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果為：

1)材料的成本較低，并且在實際中便于購買和加工，與傳統的局域共振型聲子晶體的制備相比，具有加工快捷便利，設計成本低，結構的耐用性強，可應用范圍廣，便于推廣以及節能環保等優點。