[發明專利]一種基于梯度聲黑洞結構帶隙調控的聲子晶體

有效

• 申請號: 202210441930.5
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114822467B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 秦朝燁;高文亮;褚福磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G10K11/172
• 分類號: G10K11/172
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 薛異榮

本發明公開了一種基于梯度聲黑洞結構帶隙調控的聲子晶體，包括：沿著聲子晶體的中心軸方向排列的第一元胞單元至第N元胞單元；任意一個第k元胞單元包括第k均截面梁段和第k變截面梁段，第k變截面梁段朝向第k均截面梁段一側的端面面積等于第k均截面梁段的橫截面面積，自第k變截面梁段朝向第k均截面梁段的一側至第k變截面梁段背向第k均截面梁段的一側的方向上，第k變截面梁段的橫截面面積遞減；第k₁元胞單元中的第k₁變截面梁段與第k₂元胞單元中第k₂均截面梁段連接，第k₁變截面梁段朝向第k₂均截面梁段的一側的端面面積小于第k₂均截面梁段的橫截面面積。基于梯度聲黑洞結構帶隙調控的聲子晶體能實現低頻寬帶減振。

技術領域

本發明涉及聲子晶體技術領域，具體涉及一種基于梯度聲黑洞結構帶隙調控的聲子晶體。

背景技術

隨著聲子晶體(PCs)為代表的聲學超材料的出現，周期結構在隔振、噪聲控制和振動控制等領域也得到了廣泛的關注。研究發現，彈性波在周期型復合材料和結構中傳播時，由于彈性波在周期結構內部和邊界發生的橫波縱波轉化和干涉相消等相互作用，最終在通過晶體時呈現獨特的頻散關系，被稱為能帶結構，而相對應的能帶結構中禁帶區域內的頻率范圍稱為帶隙。振動以某種頻率的波的形式在聲子晶體中傳播時，如果該頻率落在帶隙范圍內，將出現振動衰減。聲子晶體帶隙產生的機理主要包括：布拉格散射和局域共振。由于布拉格散射型帶隙頻率相對應的波長和晶胞尺寸在同一數量級，使其很難得到低頻區域的帶隙，而局域共振帶隙在低頻區域但帶隙間隙很窄。

當前，聲子晶體無法實現低頻寬帶減振。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于梯度聲黑洞結構帶隙調控的聲子晶體，利用梯度聲學黑洞結構的寬頻特性和聲黑洞效應，以解決現有技術中聲子晶體無法實現低頻寬帶減振的問題。

本發明提供一種基于梯度聲黑洞結構帶隙調控的聲子晶體，包括：沿著聲子晶體的中心軸方向依次排列的第一元胞單元至第N元胞單元，N為大于或等于2的整數；任意一個第k元胞單元包括沿著聲子晶體的中心軸方向排布的第k均截面梁段和第k變截面梁段，第k變截面梁段與第k均截面梁段連接，第k均截面梁段和第k變截面梁段均關于聲子晶體的中心平面對稱，第k變截面梁段朝向第k均截面梁段一側的端面面積等于第k均截面梁段的橫截面面積，自第k變截面梁段朝向第k均截面梁段的一側至第k變截面梁段背向第k均截面梁段的一側的方向上，第k變截面梁段的橫截面面積遞減；k為大于或等于1且小于或等于N的整數；第k₁元胞單元中的第k₁變截面梁段與第k₂元胞單元中第k₂均截面梁段連接，第k₁變截面梁段朝向第k₂均截面梁段的一側的端面面積小于第k₂均截面梁段的橫截面面積，k₂＝k₁+1，k₂為大于或等于2且小于或等于N的整數。

可選的，第k變截面梁段包括相對設置的第k個第一變截面側壁和第k個第二變截面側壁、以及相對設置的第k個第三變截面側壁和第k個第四變截面側壁，第k個第一變截面側壁、第k個第二變截面側壁、第k個第三變截面側壁和第k個第四變截面側壁環繞所述聲子晶體的中心軸，第k個第一變截面側壁和第k個第二變截面側壁平行且與聲子晶體的中心軸方向平行，自第k變截面梁段朝向第k均截面梁段的一側至第k變截面梁段背向第k均截面梁段的一側的方向上，第k個第三變截面側壁和第k個第四變截面側壁之間的距離遞減。