CN101329864B - 具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料 - Google Patents
具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101329864B CN101329864B CN2008101503233A CN200810150323A CN101329864B CN 101329864 B CN101329864 B CN 101329864B CN 2008101503233 A CN2008101503233 A CN 2008101503233A CN 200810150323 A CN200810150323 A CN 200810150323A CN 101329864 B CN101329864 B CN 101329864B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- band gap
- scatterer
- cracks
- initial frequency
- gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
Abstract
本发明提出一种具有缝隙特征散射体二维声子结构及由其组成的带隙材料，在晶格常数和材料组分等参数条件不变的情况下，在散射体上开设一条或一条以上的用于吸声的微缝。采用本结构技术可获得较宽带隙、较低起始频率的声学禁带特性。与以往具有声频禁带特性的二维声子结构相比，在保留声子晶体原有参数不变的条件下，通过对散射体开缝来实现拓宽禁带范围、降低禁带起始频率的目标。其机理是在布拉格散射和局域共振原理基础上，增加了微缝消声机制，并通过改变缝隙的参数(缝数、缝宽、方位)来调节禁带的起始频率和禁带的宽度，从而获得比原有声子结构更优的声学禁带特性。
Description
技术领域
本发明属于机械类，具体涉及一种应用于声学、城市环境、工业噪声治理和航空噪声治理的具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料。
背景技术
在城市和工业噪声治理中，目前主要还是沿用经典的吸声和隔声技术，比如根据质量定理来设计隔声结构。自二十世纪九十年代以来，随着声子晶体的发现和发展，人们开始关注应用声子晶体技术来设计制备具有声学禁带特性的隔声结构。在声子晶体中，可以通过增加基质和散射体的密度比、声速度比、物理参数比(弹性模量等)，或通过改变散射体的截面形状、分布，设置缺陷，增加组份、加设吸收层等方法来获得一定范围的声学禁带或带隙特性，其原理主要解释为布拉格散射和局域共振。从理论上，上述方法都能不同程度的增加禁带宽度，在工程领域实际应用中，主要根据不同应用场合和对象，有选择地采用以上方法来实现声学禁带特性，但是有时并不一定能够达到理论目标，尤其是当晶格常数、基质和散射体物理参数、形状，组份保持不变的情况下，禁带特性不能很好满足实际需求，主要原因是所获得的禁带区间往往不在人耳敏感的频率范围。迄今为止，大多数文献报道的二维声子晶体的禁带频率均处于超声范围或高声频范围，虽然三维声子晶体理论和实验已经证明可以获得常用声频范围内的禁带特性，但由于结构设计和制备技术的参数要求高、难度大，目前还不利于推广应用。所以在实际应用中，人们最关注的还是二维声子晶体技术。
现有二维声子晶体的主要技术特点总结如下：
(1)通过增加基质和散射体的密度比、声速度比、物理参数比(弹性模量等)，来增加带隙的宽度。但因工程实际中选用材料是有条件的，所以这些参数比的变化是有限的；
(2)通过改变散射体的截面形状、分布来增加带隙的宽度。散射体的截面形状主要有圆、方、三角形等，分布主要有三、四、六边形分布等；
(3)人为设置缺陷。主要是在原有的周期性结构中增加比原有散射体物理参数和尺度参数更大的散射体。
(4)增加组份、加设吸收层。主要是把二组份结构材料增加到三组份或更多组份，增加的组份主要为吸收层，能够有效防止弹性波反射和增加阻尼。
(5)复合结构，利用不同晶格常数组成的禁带结构，可以获得比较宽的禁带特性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有禁带范围宽、起始频率低，且易于制备应用的具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料。
为达到上述目的，本发明的散射体二维声子晶体结构为：在散射体上开设一条或一条以上的用于吸声的微缝；散射体采用圆形、方形、三角形、菱形或六边形的金属管。
本发明的带隙材料为：组成带隙材料的散射体即金属管上开设的微缝自入射声波方向其缝宽按照逐渐增加或逐渐减小的方式组合；组成带隙材料的散射体上开设的微缝自入射声波方向其共振频率范围不重叠。
本发明在布拉格散射或局域共振原理基础上，通过在散射体中增加微缝吸声功能来拓宽禁带频率范围；采用机械加工的方式制备微缝散射体结构，成本较低；对微缝散射体的缝宽参数进行切趾优化组合(主要确保单一缝宽开缝散射体所构成的带隙材料，其禁带内共振频率范围不重叠)，形成复合型禁带结构，可以获得宽禁带、低起始频率的隔声特性。
附图说明
图1是开缝散射体带隙材料结构示意图；
图2是开缝散射体横截面形状示意图；
图3是开缝散射体的排列方式；
图4是两种不同缝宽的单一缝参数开缝散射体带隙结构禁带；
图5是复合缝宽圆管带隙材料的实验和理论透射系数。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，散射体选材：普通无缝钢管，钢管弹性模量：205e9Pa，泊松比：0.28，密度：7850kg/m3，圆管外径：Φ31mm，壁厚：3mm，长度：540mm，开缝数：3，缝距D：8mm，缝宽W(三种)：6mm、4mm、2mm。基质：空气。用普通车床加工钢管外圆定位面，用快速雕铣机切缝，将加工后的散射体按照每种缝宽3行2列的方式组装(参见图1，3)，其排列方式可以是规则排列或相互交错排列，实验测试和理论计算的结果如图5所示：图5中的透射系数曲线表明，本专利申请提出的开缝圆管散射体结构具有低起始频率(大约在1600Hz)和大带宽(1600～8600Hz)的良好禁带特性。
参见图2，本发明的散射体可以采用正方形，三角形或菱形结构的管材。
参见图4，以W/D＝0.75、0.25两种单一缝宽开缝散射体带隙结构禁带来说明共振频率不重叠的含义，R1、R2分别为W/D＝0.75、0.25的共振频率范围，R1的共振截至频率小于R2的共振起始频率，即两者的共振频率范围不发生重叠。
本发明在不改变声子晶体的晶格常数、组分等参数条件下，采用一种具有缝隙特征的二维散射体结构形式，即在原有散射体结构中上开出一条或一条以上的微缝用以吸声；采用现有金属管，具有成本低、耐高温和适应高流速场的特点；制备工艺相对简单，生产效率较高，周期低，适合大规模、批量生产。对散射体的缝隙参数进行切趾优化，确保单一缝宽开缝散射体所构成的带隙材料，其禁带内共振频率范围不重叠；对不同缝隙参数的开缝散射体进行组合，形成梯度结构，达到降低起始频率、扩大禁带宽度的目标；在制备技术上，采用机械加工方式，按设计要求对金属管切缝和组装，可实现批量生产。
按照本发明的散射体结构组成的带隙材料：具有比较大的禁带宽度(6000Hz以上)；起始频率处于人耳敏感频段(理论上为1500Hz左右)；不改变晶格常数条件下优化缝隙参数，还可以结合现有的其它带隙技术，比如设置缺陷、增加组份等进一步改善禁带特性。
Claims (1)
1.一种具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构组成的带隙材料，其特征在于：散射体采用圆形、方形、三角形、菱形或六边形的金属管，在散射体上开设一条或一条以上的用于吸声的微缝；在散射体即金属管上开设的微缝自入射声波方向其缝宽按照逐渐增加或逐渐减小的方式组合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008101503233A CN101329864B (zh) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | 具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008101503233A CN101329864B (zh) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | 具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101329864A CN101329864A (zh) | 2008-12-24 |
| CN101329864B true CN101329864B (zh) | 2011-06-01 |
Family
ID=40205636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101503233A Expired - Fee Related CN101329864B (zh) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | 具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101329864B (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9607600B2 (en) | 2009-02-06 | 2017-03-28 | Sonobex Limited | Attenuators, arrangements of attenuators, acoustic barriers and methods for constructing acoustic barriers |
| CN101727894B (zh) * | 2010-01-08 | 2012-05-23 | 中国科学院声学研究所 | 一种内置共振腔体的复合吸声装置 |
| CN101852115B (zh) * | 2010-05-20 | 2012-12-19 | 西南交通大学 | 复式三维声子晶体汽车排气消声器 |
| CN101872612A (zh) * | 2010-05-26 | 2010-10-27 | 北京科技大学 | 一种减振开始频率不高于200Hz声子晶体的开发方法 |
| CN102682758A (zh) * | 2012-06-01 | 2012-09-19 | 西安交通大学 | 孔隙率变化的半开孔泡沫吸声结构 |
| CN102938251A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-02-20 | 广东工业大学 | 获得缺陷态的两种二维声子晶体结构 |
| CN103246807B (zh) * | 2013-04-26 | 2016-12-28 | 北京工业大学 | 一种二维固‑固声子晶体混合模态带隙优化方法 |
| GB201415873D0 (en) * | 2014-09-08 | 2014-10-22 | Sonobex Ltd | Apparatus And Method |
| GB201415874D0 (en) | 2014-09-08 | 2014-10-22 | Sonobex Ltd | Acoustic Attenuator |
| CN104259080B (zh) * | 2014-10-13 | 2016-08-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 基于人工周期结构过滤超声波的系统和方法 |
| CN104810014B (zh) * | 2015-03-13 | 2018-08-31 | 哈尔滨工程大学 | 阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质周期性结构材料 |
| EP3550558B1 (en) | 2016-11-29 | 2021-09-15 | FUJIFILM Corporation | Soundproofing structure |
| CN107245963B (zh) * | 2017-08-10 | 2019-03-22 | 湖南大学 | 一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障 |
| CN107245964B (zh) * | 2017-08-10 | 2019-04-26 | 湖南大学 | 一种基于Bragg散射声子晶体的吸声型声屏障顶部结构 |
| CN109346049A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-15 | 南京航空航天大学 | 一种基于声学黑洞的可调型压电声子晶体板 |
| CN109499829B (zh) * | 2018-12-31 | 2021-03-05 | 陕西师范大学 | 基于声子晶体槽的超声波振动系统及其径向振动抑制方法 |
| IT201900005346A1 (it) | 2019-04-08 | 2020-10-08 | Giacomo Alberotanza | Pannello acustico |
-
2008
- 2008-07-11 CN CN2008101503233A patent/CN101329864B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101329864A (zh) | 2008-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101329864B (zh) | 具有缝隙特征散射体的二维声子晶体结构及带隙材料 | |
| Sanchez-Perez et al. | Acoustic barriers based on periodic arrays of scatterers | |
| Liu et al. | Acoustic properties of a porous polycarbonate material produced by additive manufacturing | |
| Groby et al. | Enhancing the absorption properties of acoustic porous plates by periodically embedding Helmholtz resonators | |
| CN108122551B (zh) | 一种声学黑洞振动吸收器 | |
| Jin et al. | Sound absorption behaviors of metamaterials with periodic multi-resonator and voids in water | |
| Kim et al. | Double resonant porous structure backed by air cavity for low frequency sound absorption improvement | |
| US20070235253A1 (en) | Sound-absorbing material, production method of the same, and sound-absorbing panel | |
| CN109754776B (zh) | 一种内嵌圆柱空腔阵列的低频宽带吸声覆盖层 | |
| CN109102792B (zh) | 局域共振声子晶体结构及运用该结构的车用减振板 | |
| WO2010040837A2 (de) | Schalldämpfer für ein hilfstriebwerk eines flugzeugs | |
| CN108962213A (zh) | 一种利用曲率半径调控带隙的声子晶体 | |
| CN106448650A (zh) | 亚波长空间折叠结构超构材料实现低频声波指向性传播的方法 | |
| CN104810014A (zh) | 阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质周期性结构材料 | |
| CN101852115B (zh) | 复式三维声子晶体汽车排气消声器 | |
| CN110473510A (zh) | 一种基于声子晶体的元胞结构及回风隔声装置 | |
| CN102594293B (zh) | 选频叉指换能器 | |
| Yuan et al. | The interaction of resonance and bragg scattering effects for the locally resonant phononic crystal with alternating elastic and fluid matrices | |
| O’Boy et al. | Damping of flexural vibrations in thin plates using one and two dimensional acoustic black hole effect | |
| CN208315195U (zh) | 一种声学共振聚焦透镜 | |
| CN201796596U (zh) | 一种微孔中穿纤维微穿孔板 | |
| CN207397705U (zh) | 一种腔管复合隔声结构 | |
| Li et al. | Theoretical study of two-dimensional pentamode metamaterials with arbitrary primitive cells | |
| Sharma | Acoustic performance of periodic composite materials | |
| CN114039212A (zh) | 一种低通宽阻的透波结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110601 Termination date: 20150711 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |