CN108488309A - 一种周期复合结构点阵材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周期复合结构点阵材料，由周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上延拓形成。以点阵材料胞元的杆体为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体形成平整型周期复合结构点阵材料胞元，将平整型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整型周期复合结构点阵材料；以点阵材料胞元的杆体为基础，周期性或拟周期性布置凸起体振子形成凸起型周期复合结构点阵材料胞元，将凸起型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成凸起型周期复合结构点阵材料。通过改变嵌入散射体或凸起体振子的尺寸、排列规律与在点阵材料中的布置位置，形成具有不同减振、隔震特性的周期复合结构点阵材料。
Description
技术领域
本发明属于工程结构领域，尤其涉及一种周期复合结构点阵材料。
背景技术
点阵材料一种新型的轻质结构材料，具有轻质、高强韧、高能量吸收、高比刚度、高比强度的优良特性，内部具有较大的孔隙率，使得其在多功能结构应用方面有着十分广阔的前景。周期复合结构具有禁带特性，即处于频率禁带范围内的振动或波动无法在结构中传播，从而实现减振隔声的目的，周期复合结构的这种波动特性为工程结构的隔振和振动控制提供了一种新的操控机制，如将周期复合结构布置在振动的传播路径中或利用周期复合结构的思想设计结构本身，来阻止特定频段内的振动在结构中传播，实现结构的隔振功能，或利用其缺陷态特性，通过不同的缺陷形式对点阵材料的振动进行诱导与阻隔，进一步促使弹性振动能量的定点吸收与定向分散，通过点缺陷区域的牺牲破坏，形成对关键区域的保护屏障，实现隔振功能。以点阵材料胞元的杆体(1)为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体(2)形成平整型周期复合结构点阵材料胞元，将平整型周期复合结构胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整型周期复合结构点阵材料；周期性或拟周期性布置凸起振子(3)形成凸起型周期复合结构点阵材料胞元，将凸起型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成凸起型周期复合结构点阵材料；周期性或拟周期性嵌入散射体(2)与凸起振子(3)形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元，将平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料。通过改变嵌入散射体或凸起体振子的尺寸、排列规律与在点阵材料中的布置位置，形成具有不同减振、隔震特性的周期复合结构点阵材料，具有较好减振、隔震效果，并适用于特定频段振动控制问题。与传统的点阵材料比，周期复合结构点阵材料具有以下特点：能够通过散射体或凸起振子的尺寸、构成材料与布置方式进行调节和控制，仅利用周期复合结构点阵材料的带隙特性就可以实现隔振功能，整体结构简单，制造成本低，施工方便。因此，提出一种周期复合结构点阵材料具有十分重要的工程应用价值。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种周期复合结构点阵材料，通过改变嵌入散射体或凸起体振子的尺寸、排列规律与在点阵材料中的布置位置，形成具有不同减振、隔震特性的周期复合结构点阵材料，具有较好减振、隔震效果，并适用于特定频段振动控制问题。
技术方案：本发明的一种周期复合结构点阵材料，包括点阵材料的杆体、散射体；以点阵材料的杆体为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体形成平整型周期复合结构点阵材料胞元，将平整型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整型周期复合结构点阵材料。
本发明的一种周期复合结构点阵材料，包括点阵材料的杆体、凸起体振子；以点阵材料的杆体为基础，周期性或拟周期性布置凸起体振子形成凸起型周期复合结构点阵材料胞元，将凸起型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成凸起型周期复合结构点阵材料。
本发明的一种周期复合结构点阵材料，以点阵材料的杆体为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体与凸起体振子形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元，将平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料。
其中，
所述点阵材料包括金字塔型、四面体型、Kagome型。
所述点阵材料的杆体的材质为金属、橡胶、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料。
所述散射体的材质为金属、橡胶、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料，且周期性或拟周期性嵌入散射体有二组元、三组元或更多组元形式；所述散射体的尺寸沿点阵材料是杆体方向发生梯度变化。
所述凸起体振子的材质为金属、橡胶、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料，且周期性或拟周期性布置凸起体振子有二组元、三组元或更多组元形式；所述凸起体振子的尺寸沿点阵材料是杆体方向发生梯度变化。
所述周期性或拟周期性嵌入散射体，通过其不同排列规律形成点阵材料特定的禁带特性、振动局域化特性和振动定向传播特性。
所述周期性或拟周期性嵌入凸起体振子，通过其不同排列规律形成点阵材料特定的禁带特性、振动局域化特性和振动定向传播特性。
所述周期性或拟周期性嵌入散射体与周期性或拟周期性布置凸起体振子，在其自身排列具有规律性的同时，进行缺陷设计，通过不同的缺陷形式对点阵材料的振动进行诱导与阻隔，进一步促使弹性振动能量的定点吸收与定向分散，通过点缺陷区域的牺牲破坏，形成对关键区域的保护屏障，实现隔振功能。
有益效果：提出的一种周期复合结构点阵材料具有较好减振、隔震效果，并适用于特定频段振动控制问题。可进行缺陷设计，通过不同的缺陷形式对点阵材料的振动响应进行诱导，促使弹性动能量的定点吸收与定向分散，通过点缺陷区域的牺牲破坏，形成对关键区域的保护屏障。与传统的点阵材料比，周期复合结构点阵材料具有以下特点：能够通过散射体或凸起振子的尺寸、构成材料与布置方式进行调节和控制，仅利用周期复合结构点阵材料的带隙特性就可以实现隔振功能，整体结构简单，制造成本低，施工方便。
附图说明
图1为本发明的二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元延拓过程示意图；
图2为本发明的二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元立面图；
图3为本发明的二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元延拓过程示意图；
图4为本发明的二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元示意图；
图5为本发明的梯度二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元延拓过程示意图。
图6为本发明的梯度二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元立面图。
图7为本发明的梯度二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元延拓过程示意图。
图8为本发明的梯度二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元立面图。
图9为本发明的平整-凸起混合型周期复合结构金字塔点阵材料胞元延拓过程示意图。
图10为本发明的平整-凸起混合型周期复合结构金字塔点阵材料胞元立面图。
图11为本发明的含缺陷二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元延拓过程示意图。
图12为本发明的含缺陷二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料立面图。
图中有：点阵材料的杆体1，散射体2，凸起体振子3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明的形成方法如下：
1)以点阵材料胞元的杆体1为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体2形成平整型周期复合结构点阵材料胞元，将平整型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整型周期复合结构点阵材料。
2)以点阵材料胞元的杆体1为基础，周期性或拟周期性布置凸起体振子3形成凸起型周期复合结构点阵材料胞元，将凸起型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成凸起型周期复合结构点阵材料。
3)以点阵材料胞元的杆体1为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体2与凸起体振子3形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元，将平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料。
本发明中的周期性或拟周期性嵌入散射体2与周期性或拟周期性布置凸起体振子3，在其自身排列具有规律性的同时，可进行缺陷设计，通过不同的缺陷形式对点阵材料的振动进行诱导与阻隔，进一步促使弹性振动能量的定点吸收与定向分散，通过点缺陷区域的牺牲破坏，形成对关键区域的保护屏障，实现隔振功能。
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1～2所示，本实施例为二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料，以点阵材料杆体1为基础，周期性嵌入散射体2形成二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元，将二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料。该材料可实现减振、隔震功能，并可通过改变周期性嵌入散射体2的尺寸对特定频段振动进行控制。
实施例2：
如图3～4所示，本实施例为二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料，以点阵材料杆体1为基础，周期性布置凸起体振子3形成二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元，将二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料。该材料可实现减振、隔震功能，并可通过改变凸起体振子3的尺寸对特定频段振动进行控制。
实施例3：
如图5～6所示，本实施例为梯度二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料，以点阵材料杆体1为基础，周期性嵌入散射体2，在嵌入过程中散射体2的尺寸沿杆体1长度方向逐渐增长，形成梯度二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元，将梯度二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成梯度二组元平整型周期复合结构金字塔点阵材料。该材料可实现减振、隔震功能，并可通过在嵌入过程中改变散射体2的尺寸形成梯度，从而实现不同方向上减振、隔震性能的梯度变化。
实施例4：
如图7～8所示，本实施例为梯度二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料，以点阵材料杆体1为基础，周期性布置凸起体振子3，在布置过程中凸起体振子3的尺寸沿杆体1长度方向逐渐增长，形成梯度二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元，将梯度二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成梯度二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料。该材料可实现减振、隔震功能，并可通过在布置过程中改变凸起体振子3的尺寸形成梯度，从而实现不同方向上减振、隔震性能的梯度变化。
实施例5
如图9～10所示，本实施例为平整-凸起混合型周期复合结构金字塔点阵材料，以点阵材料杆体1为基础，周期性嵌入散射体2与周期性布置凸起体振子3，形成平整-凸起混合型周期复合结构金字塔点阵材料胞元，将平整-凸起混合型周期复合结构金字塔点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整-凸起混合型周期复合结构金字塔点阵材料。该材料可实现减振、隔震功能，并可通过改变周期性嵌入散射体2与周期性布置凸起体振子3的尺寸对特定频段振动进行控制。
实施例6：
如图11～12所示，本实施例为含缺陷二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料，以点阵材料杆体1为基础，周期性布置凸起体振子3，在布置的过程中留有缺陷，即在指位置空缺从而形成缺陷，形成含缺陷二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元，将含缺陷二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成含缺陷二组元凸起型周期复合结构金字塔点阵材料。该材料可实现减振、隔震功能，并可通过缺陷设计对振动进行诱导与阻隔，进一步促使弹性振动能量的定点吸收与定向分散，通过点缺陷区域的牺牲破坏，形成对关键区域的保护屏障，实现隔振功能。
Claims (10)
1.一种周期复合结构点阵材料，其特征在于，包括点阵材料的杆体(1)、散射体(2)；以点阵材料的杆体(1)为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体(2)形成平整型周期复合结构点阵材料胞元，将平整型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整型周期复合结构点阵材料。
2.一种周期复合结构点阵材料，其特征在于，包括点阵材料的杆体(1)、凸起体振子(3)；以点阵材料的杆体(1)为基础，周期性或拟周期性布置凸起体振子(3)形成凸起型周期复合结构点阵材料胞元，将凸起型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成凸起型周期复合结构点阵材料。
3.一种周期复合结构点阵材料，其特征在于，以点阵材料的杆体(1)为基础，周期性或拟周期性嵌入散射体(2)与凸起体振子(3)形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元，将平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料胞元在x，y，z方向上进行延拓布置，形成平整-凸起混合型周期复合结构点阵材料。
4.根据权利要求1、2或3所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述点阵材料包括金字塔型、四面体型、Kagome型。
5.根据权利要求1、2或3所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述点阵材料的杆体(1)的材质为金属、橡胶、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料。
6.根据权利要求1或3所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述散射体(2)的材质为金属、橡胶、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料，且周期性或拟周期性嵌入散射体(2)有二组元、三组元或更多组元形式；所述散射体(2)的尺寸沿点阵材料是杆体(1)方向发生梯度变化。
7.根据权利要求2或3所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述凸起体振子(3)的材质为金属、橡胶、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料，且周期性或拟周期性布置凸起体振子(3)有二组元、三组元或更多组元形式；所述凸起体振子(3)的尺寸沿点阵材料是杆体(1)方向发生梯度变化。
8.根据权利要求6所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述周期性或拟周期性嵌入散射体(2)，通过其不同排列规律形成点阵材料特定的禁带特性、振动局域化特性和振动定向传播特性。
9.根据权利要求7所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述周期性或拟周期性嵌入凸起体振子(3)，通过其不同排列规律形成点阵材料特定的禁带特性、振动局域化特性和振动定向传播特性。
10.根据权利要求3所述周期复合结构点阵材料，其特征在于，所述周期性或拟周期性嵌入散射体(2)与周期性或拟周期性布置凸起体振子(3)，在其自身排列具有规律性的同时，进行缺陷设计，通过不同的缺陷形式对点阵材料的振动进行诱导与阻隔，进一步促使弹性振动能量的定点吸收与定向分散，通过点缺陷区域的牺牲破坏，形成对关键区域的保护屏障，实现隔振功能。
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