[發(fā)明專利]一種利用曲率半徑調(diào)控帶隙的聲子晶體

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811186608.2
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN108962213B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧明輝;秦苑;顏學(xué)俊;田源;費(fèi)翔;陳延峰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京光聲超構(gòu)材料研究院有限公司
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務(wù)所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發(fā)明公開了一種利用曲率半徑調(diào)控帶隙的聲子晶體。該聲子晶體由多個原胞周期性排列構(gòu)成，原胞包括圓柱體、彎曲的帶狀結(jié)構(gòu)和薄片結(jié)構(gòu)；帶狀結(jié)構(gòu)的一弧形端與圓柱體的側(cè)面相接，帶狀結(jié)構(gòu)的另一弧形端與薄片結(jié)構(gòu)的弧形側(cè)邊相接，薄片結(jié)構(gòu)與帶狀結(jié)構(gòu)的軸線相互垂直；帶狀結(jié)構(gòu)采用多個，且彎曲方向相同；薄片結(jié)構(gòu)采用多個。本發(fā)明的聲子晶體具有很好的可調(diào)性，可獲得較寬的帶隙，并降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，同時為減振降噪提供一種新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于噪聲、振動控制的聲學(xué)功能材料領(lǐng)域，具體涉及為一種用曲率半徑調(diào)控xy平面帶隙寬度的聲子晶體。

背景技術(shù)

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備開始向復(fù)雜化、高速化發(fā)展，噪聲和振動問題也日益突出，持續(xù)的噪聲和振動一方面會對機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生不可逆的影響，降低其使用壽命，另一方面也會對我們的生活和安全造成干擾。吸聲降噪已經(jīng)成為生活、壞境和軍事等領(lǐng)域中的一個重要課題。目前，吸聲降噪常采用的大多是混領(lǐng)土、鋼板的復(fù)合材料，其設(shè)計和制作是根據(jù)質(zhì)量定律和材料的內(nèi)阻尼定律，對于特定頻率的彈性波效果不明顯。20世紀(jì)90年代開始提出的聲子晶體是一種可以從幾何結(jié)構(gòu)上調(diào)控彈性波的新方法，在某些頻率上具有彈性波帶隙，該特性使其有希望應(yīng)用于在吸聲降噪領(lǐng)域。所以，如何獲得可調(diào)寬帶隙的聲子晶體結(jié)構(gòu)，并把其用于減振降噪領(lǐng)域就顯得十分重要。

近些年來，國內(nèi)外學(xué)者在尋求帶隙的聲子晶體結(jié)構(gòu)方面做了大量的研究。2000年，劉正猷(Physica B Physics of Condensed Matter,289(5485):1734.)利用局域共振的機(jī)理，設(shè)計的聲子晶體可以對波長大于晶格尺寸兩個數(shù)量級的彈性波進(jìn)行控制。中國專利CN105374348A介紹了一種超帶隙瓣型局域共振聲學(xué)超材料，通過對一種原胞組成的單層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超寬帶隙，無需多種材料原胞組合堆疊，提升了聲學(xué)穩(wěn)定性，較大的提高了帶隙范圍占作用頻率總范圍的比例。雖然上述聲學(xué)超材料在都可以產(chǎn)生禁帶，但是最小單元中都涉及到多種材料，制備起來不太簡便。2016年，鄭輝(Proceedings of the Institution ofMechanical Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering Science,230(16):2840)等研究了二維手性結(jié)構(gòu)聲子晶體的帶隙和傳輸譜，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)在某些頻率存在帶隙和較低的彈性波透過率，且制備起來較為方便，無需多種材料的堆疊，但該結(jié)構(gòu)的相對帶隙(Δf/fc)較高，性能不太理想。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種xy平面可調(diào)帶隙的聲子晶體，該聲子晶體的結(jié)構(gòu)僅采用一種材料，不僅制備簡單，而且能夠有效地控制振動設(shè)備的中低頻率的振動傳播。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

聲子晶體由多個原胞周期性排列構(gòu)成，所述原胞包括圓柱體、彎曲的帶狀結(jié)構(gòu)和薄片結(jié)構(gòu)；所述帶狀結(jié)構(gòu)的一弧形端與圓柱體的側(cè)面相接，帶狀結(jié)構(gòu)的另一弧形端與薄片結(jié)構(gòu)的弧形側(cè)邊相接，薄片結(jié)構(gòu)與帶狀結(jié)構(gòu)的軸線相互垂直；所述帶狀結(jié)構(gòu)采用多個，且彎曲方向相同；所述薄片結(jié)構(gòu)采用多個。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的聲子晶體在采用單一材料的基礎(chǔ)上，引入曲率半徑，通過對振動模式進(jìn)行分離的方法，有效地打開和調(diào)控結(jié)構(gòu)的帶隙，從而實(shí)現(xiàn)對特定彈性波進(jìn)行吸收。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明聲子晶體結(jié)構(gòu)的帶隙具有非常好的可調(diào)性，帶隙起始、截止頻率為5500Hz和12850Hz，帶隙寬度為7350Hz，相對帶隙率可以高達(dá)80.11％，較大地提高了帶隙范圍占使用頻率總范圍的比例。另外，本聲子晶體無需多相材料的組合或堆疊，可采用3D打印技術(shù)制備，降低了結(jié)構(gòu)布置難度，提升了聲學(xué)穩(wěn)定性，為解決現(xiàn)有減振降噪問題提供了一種有效地方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的聲子晶體原胞結(jié)構(gòu)圖，(a)俯視圖；(b)軸測圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的聲子晶體原胞陣列示意圖。