[發明專利]一種局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法

有效

• 申請號: 202010149836.3
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111400945B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 陳傳敏;郭兆楓;劉松濤;馮洪達
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G10K11/172
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 張海青

1.一種局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，確定輕量化聲子晶體薄板的材料組成成分：根據使用環境不同，分別選擇基體材料，包覆層材料和散射體材料；

步驟2，建立元胞的能帶計算模型；

步驟3，建立隔聲仿真模型并通過單層板隔聲理論計算驗證模型正確性；

步驟4，確定隔聲仿真模型包含的元胞數,模型進行隔聲頻譜與能帶對應驗證；

步驟5，在能帶計算模型中，基于局域共振性能釋放原理，計算局域共振性能釋放充分的包覆層半徑與散射體半徑之比；

步驟6，在隔聲仿真模型中，通過檢驗隔聲峰值與散射體半徑、包覆層厚度的關系，驗證本方法的正確性。

2.根據權利要求1所述的局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于：所述基體材料為環氧樹脂，所述包覆層材料為硅橡膠，所述散射體材料為鎢。

3.根據權利要求1所述的局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于：所述步驟2具體為：

步驟2.1，定義波失的在倒格矢的兩個分量為k_x＝m*a/π和k_y＝n*a/π，其中a為元胞邊長，m為x方向的計算常數，n為y方向的計算常數；

步驟2.2，參數化m和n，通過m和n的參數化使k_x和k_y一一對應；

步驟2.3，掃略過聲子晶體元胞的不可約布里淵區邊界，求解元胞內的動力學特征方程：

(K-ω²M)U＝0；

其中，K——原胞內節點的剛度矩陣；M——原胞節點的質量矩陣；U——原胞內節點位移；

步驟2.4，求得的特征頻率與波失k的對應關系，即為能帶結構模型。

4.根據權利要求1所述的局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于：通過平面波展開法驗證能帶結構模型的正確性，使波失K掃略過倒格矢的不可約布里淵區的高對稱點，即使波失通過Γ-X-M-Γ得到能帶圖。

5.根據權利要求1所述的局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于：步驟3具體為，通過求解有限元矩陣：

其中，M_s、C_s、K_s分別為固體域的慣量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣，M_f、C_f、K_f分別為流體域的慣量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣，R為流-固耦合矩陣，u為固體各節點的位移，p為流體域各節點的聲壓，F_s為固體的載荷向量，F_f為流體的載荷向量。

6.根據權利要求1所述的局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于：步驟4具體為，通過對1個元胞、2*2個元胞、3*3個元胞、4*4個元胞及5*5個元胞或n*n個元胞構成的模型進行隔聲頻譜與能帶對應驗證。

7.根據權利要求1所述的局域共振型聲子晶體的輕量化設計方法，其特征在于：局域共振性能釋放充分的包覆層半徑與散射體半徑之比的方法為：通過模態理論結合等效物理參數方法，建立系統的運動微分矩陣，定義局域共振性能釋放概念，計算振子固有頻率與激勵頻率取值最小同時比值為1時的局域共振性能釋放充分的包覆層半徑與散射體半徑之比；在聲波激勵下的聲子晶體的運動微分矩陣如下：

其中，m、k、x分別為振子的質量、剛度和位移；M、K、X分別為系統的質量、剛度和位移；為系統初始受到的激勵，p₀為聲壓幅值，e為自然數，t為時間，ω₀為激勵頻率；

則有穩態時的響應振幅為：