CN104810014B - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种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。它是由阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质按周期性排列组成的周期性结构。本发明可以通过较小的周期性尺寸得到低频带隙，制作工艺简单，可设计性强，材料的选择范围较宽，适用于低频减振降噪方面的应用。

Description

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
技术领域
本发明涉及的是一种周期性结构，具体地说是一种减振降噪技术领域的减振隔声周期性结构材料。
背景技术
在机械动力、航空航天、船舶工程等各个领域中，周期性结构是经常遇到的一种声学结构。周期性结构是由两种或两种以上的弹性材料按照一定的周期性组合而成的，它的一个重要特征是具有声波带隙，能够使得弹性波中的某些频率的波将不能通过，即振动在这段频率范围内的传播得到了抑制。但是，基于布拉格散射机理的周期性结构的带隙频率随周期尺寸的增加而单调降低，因此难以在较小的周期尺寸条件下得到低频的带隙，同时现有周期性结构采用的材料均为常规均匀材料，材料的选择范围比较窄，导致不易设计和制作出针对某特定频率范围的减振降噪结构，这对其在低频减振降噪方面的应用不利。
现有解决方法包括：(1)基于局域共振机理的周期性结构(《Science》(2000年289期))。该结构认为在特定频率的弹性波激励下，单个散射体产生共振，并与入射波相互作用，使其不能继续传播，该结构得到的带隙频率比较低，但缺点是带隙内对弹性波有效衰减比较小。(2)采用功能梯度材料的声子晶体(《功能材料》(2010年41期))。该结构是将两个功能梯度材料周期性排列成声子晶体，一个周期内功能梯度材料满足对称分布，该结构有效避免声子晶体中的疲劳、应力集中等问题，虽然在带隙表现上相对传统结构该结构的带隙起始频率有所降低，但带隙起始频率的降低范围有限，同时带隙宽度也随之减小，在相同范围内出现更多通带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于低频减振降噪方面应用的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。
本发明的目的是这样实现的：
它是由阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质按周期性排列组成的周期性结构。
所述阻抗连续变化的功能梯度材料为在厚度方向上其阻抗值随着厚度的变化单调增加的功能梯度材料，阻抗值变化范围为1×106kg/[s·m2]至10×106kg/[s·m2]，厚度为0.02m。
所述均匀介质为内部阻抗值相同的介质，均匀介质阻抗值的范围为大于35×106kg/[s·m2]，均匀介质厚度为0.06m。
阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质之间由粘结剂互相粘合构成一个周期，每个周期之间再由粘结剂互相粘合构成周期性结构，所述周期性结构至少包括6个周期。
所述阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形。
本发明的有益效果在于：
1、本发明可以通过较小的周期性尺寸得到起始频率较低、带宽较宽的低频带隙，适用于低频减振降噪方面的应用，
2、本发明具有制作工艺简单，可设计性强的特点。
附图说明
图1为本发明的周期性结构示意图；
图2为本发明实施例1中阻抗连续变化的功能梯度材料的阻抗分布；
图3为本发明实施例1中由橡胶和铜组成的传统周期性结构与采用阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的周期性结构的带隙对比结果；
图4为本发明实施例2中阻抗连续变化的功能梯度材料的阻抗分布；
图5为本发明实施例2中带隙由橡胶和铜组成的传统周期性结构与采用阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的周期性结构的带隙对比结果。
具体实施方式
下面结合附图举例对发明做详细说明。
结合图1，采用阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的周期性结构包括阻抗连续变化的功能梯度材料1和均匀介质2，所述阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质周期排列成周期性结构，所述周期性结构至少需6层，采用粘结剂将它们互相粘合起来。选用阻抗连续变化的功能梯度材料为在厚度方向上其阻抗值随着厚度的变化单调增加的功能梯度材料，所述阻抗连续变化的功能梯度材料阻抗值的变化范围为1×106kg/[s·m2]至10×106kg/[s·m2]，阻抗连续变化的功能梯度材料的厚度为0.02m；选用均匀介质为内部阻抗值相同的介质，均匀介质的阻抗至少大于35×106kg/[s·m2]，均匀介质厚度为0.06m。采用阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的横截面形状可以为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形等各种形状。
实施例1
本实施例选用均匀介质为铜，阻抗连续变化的功能梯度材料和铜都为圆柱形，铜的阻抗为46.25×106kg/[s·m2]，阻抗连续变化的功能梯度材料的阻抗分布如图2所示。图3为由橡胶和铜组成的传统周期性结构与阻抗连续变化的功能梯度材料和铜组成的周期性结构的带隙对比结果。可以看出，传统周期性结构的带隙起始频率为7.5kHz，截止频率为35kHz，带隙宽度为27.5kHz，而采用阻抗连续变化的功能梯度材料和铜组成的周期性结构的带隙起始频率为1kHz，截止频率为带隙宽度38kHz，带隙宽度为37kHz，其带隙起始频率大大低于采用传统介质的周期性结构，同时带隙宽度也要更宽，因此采用阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的周期性结构能获得较好的低频带隙特性。
实施例2
本实施例选用均匀介质为铜，阻抗连续变化的功能梯度材料和铜都为圆柱形，改变阻抗连续变化的功能梯度材料的阻抗值，使其阻抗分布满足线性递增分布，如图4所示。图5为由橡胶和铜组成的传统周期性结构与阻抗连续变化的功能梯度材料和铜组成的周期性结构的带隙对比结果。可以看出，传统周期性结构的带隙起始频率增大为8.5kHz，截止频率增大为45kHz，带隙宽度为36.5kHz，而阻抗连续变化的功能梯度材料和铜组成的周期性结构的带隙起始频率为0.5kHz，截止频率为带隙宽度49kHz，带隙宽度为48.5kHz，同样采用阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的周期性结构能获得较好的低频带隙特性。

Claims (2)

1.一种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，其特征是它是由阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质按周期性排列组成的周期性结构；
所述阻抗连续变化的功能梯度材料为在厚度方向上其阻抗值随着厚度的变化单调增加的功能梯度材料，阻抗值变化范围为1×106kg/[s·m2]至10×106kg/[s·m2]，厚度为0.02m；
所述均匀介质为内部阻抗值相同的介质，均匀介质阻抗值的范围为大于35×106kg/[s·m2]，均匀介质厚度为0.06m；
阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质之间由粘结剂互相粘合构成一个周期，每个周期之间再由粘结剂互相粘合构成周期性结构，所述周期性结构至少包括6个周期。
2.根据权利要求1所述的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，其特征是：所述阻抗连续变化的功能梯度材料和均匀介质的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形。
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