CN108492815A - 具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体，包括多个原胞，多个所述原胞呈三维立方体阵列分布构成所述声子晶体；所述原胞包括12个边框，12个所述边框连接构成立方框架结构，所述边框包括两个折叠梁和质量块，两个所述折叠梁的第一端均与所述质量块的外侧面固定连接，两个所述折叠梁的轴线重合，且穿过所述质量块的中心。本发明具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体通过折叠梁连接质量块，降低了质量块之间的连接刚度，基于局部共振机理，有利于能带带隙向低频移动，并形成更宽的能带带隙。
Description
技术领域
本发明涉及声子晶体设计领域，尤其涉及一种具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体。
背景技术
声子晶体是指具有不同声学特性的材料或结构按周期性复合在一起、具有声波带隙的周期复合材料或结构。当声波或振动激励受到材料或结构的周期性调制时，可能会产生能带带隙，即一定频率范围的声波或振动的传播被抑制或禁止。声子晶体的这种特性具有重要的工程应用价值，在减振降噪、无源隔音、声滤波器等新型功能材料设计等方面具有广泛的应用前景。
声子晶体能带带隙的大小以及其所处的频段非常重要，能带带隙越大且所处的频段越低，其应用价值就越高，寻求低频宽幅能带带隙的声子晶体结构，一直是声子晶体设计研究的重点。不过从目前的研究来看，当前研究获得的声子晶体结构的能带带隙频段偏窄且大多处于中高频频段，尚难以满足实际工程需求，也限制了声子晶体的进一步工程应用。因此，研究设计出具有宽幅低频能带带隙特性的声子晶体结构具有重要的理论意义及工程应用价值。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种够在20KHz内实现宽幅能带带隙，并且在1KHz以内也具有良好的能带带隙特性，可以在宽频范围内满足减振降噪需求的具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体，包括多个原胞，多个所述原胞呈三维立方体阵列分布构成所述声子晶体；
所述原胞包括12个边框，12个所述边框连接构成立方框架结构，所述边框包括两个折叠梁和质量块，两个所述折叠梁的第一端均与所述质量块的外侧面固定连接，两个所述折叠梁的轴线重合，且穿过所述质量块的中心。
具体地，相邻的两个所述原胞的贴合面重合设置，两个所述贴合面的八个所述边框重合成为四个边框。
具体地，所述折叠梁为蛇形结构，同一个所述边框上的两个所述折叠梁所在的平面重合，所述立方框架结构的两个相互平行的所述边框所在的平面相互平行设置。
优选地，所述折叠梁的横截面为圆形或方形结构，所述质量块为球体结构或立方体结构。
本发明的有益效果在于：
本发明具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体通过折叠梁连接质量块，降低了质量块之间的连接刚度，基于局部共振机理，有利于能带带隙向低频移动，并形成更宽的能带带隙。
附图说明
图1是本发明所述的具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体的结构示意图；
图2是本发明所述原胞的结构示意图；
图3是本发明的实施例在宽频20KHz范围内的振动传递比特性曲线；
图4是本发明是实施例在低频1KHz范围内的振动传递比特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明一种具有宽幅低频带隙特性的折叠梁3式声子晶体，包括多个原胞1，多个原胞1呈三维立方体阵列分布构成声子晶体；
原胞1包括12个边框，12个边框连接构成立方框架结构，边框包括两个折叠梁3和质量块2，两个折叠梁3的第一端均与质量块2的外侧面固定连接，两个折叠梁3的轴线重合，且穿过质量块2的中心。
相邻的两个原胞1的贴合面重合设置，两个贴合面的八个边框重合成为四个边框。
折叠梁3为蛇形结构，同一个边框上的两个折叠梁3所在的平面重合，立方框架结构的两个相互平行的边框所在的平面相互平行设置，折叠梁3的横截面为圆形或方形结构，质量块2为球体结构或立方体结构。
下面提供一个具体的实施例：
原胞1的立方框架的尺寸为72.5mm×72.5mm×72.5mm，折叠梁3的横截面为正方形，横截面尺寸为3.2mm×3.2mm，质量块2为球形，直径为Φ10mm。
本实施例质量块2与折叠梁3的材料相同，采用未来8000型树脂，其弹性模型约为E＝2.48GPa，泊松比μ＝0.41，密度ρ＝1.1g/cm3。
实例中声子晶体由4×4×3原胞1构成，即长度与宽度方向上均含有4个原胞1，高度方向含有3个原胞1。
进行振动特性试验，试验过程中将声子晶体放置于富有弹性的泡沫垫上，在提供稳定支承作用的同时模拟自由边界条件。声子晶体的顶部中心部位放置有球形激振器，以输入振动信号，激振器的激振频率范围为40Hz～20KHz。
声子晶体的顶部中心与底部中心部位分别粘接有振动传感器，顶部中心部位的振动传感器用以检测振动信号输入情况，底部中心部位的振动传感器用以检测振动信号输出情况。试验配套有数据采集处理系统用以采集振动过程中的振动激励及响应情况，从而计算获得声子晶体的振动传递比。
通过试验获得了宽频20KHz范围内以及低频1KHz范围内的振动传递比特性曲线，分别如图3及图4所示。试验结果表明折叠梁3式声子晶体在宽频及低频范围内很宽幅度内的振动传递比均处于很低的水平，表明其具有宽幅的能带带隙特性。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体，其特征在于：包括多个原胞，多个所述原胞呈三维立方体阵列分布构成所述声子晶体；
所述原胞包括12个边框，12个所述边框连接构成立方框架结构，所述边框包括两个折叠梁和质量块，两个所述折叠梁的第一端均与所述质量块的外侧面固定连接，两个所述折叠梁的轴线重合，且穿过所述质量块的中心。
2.根据权利要求1所述的具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体，其特征在于：相邻的两个所述原胞的贴合面重合设置，两个所述贴合面的八个所述边框重合成为四个边框。
3.根据权利要求1所述的具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体，其特征在于：所述折叠梁为蛇形结构，同一个所述边框上的两个所述折叠梁所在的平面重合，所述立方框架结构的两个相互平行的所述边框所在的平面相互平行设置。
4.根据权利要求1所述的具有宽幅低频带隙特性的折叠梁式声子晶体，其特征在于：所述折叠梁的横截面为圆形或方形结构，所述质量块为球体结构或立方体结构。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109036367A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-18 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 一种用于减振降噪的低频宽带隙三维声子晶体 |
| CN109077520A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-25 | 温州大学 | 新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的减振床板 |
| CN109102792A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-28 | 温州大学 | 新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的车用减振板 |
| CN109410906A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-03-01 | 温州大学 | 新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的隔音墙板 |
| CN109461434A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-12 | 重庆大学 | 一种基于锯齿形声子晶体梁的薄板中弯曲波控制装置 |
| CN110264990A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-20 | 四川大学 | 一种单相三维声子晶体结构 |
| CN110379404A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-25 | 广东电网有限责任公司 | 一种低频噪声仿生声学超材料及其制备方法 |
| WO2020143687A1 (zh) * | 2019-01-09 | 2020-07-16 | 苏州大学 | 一种具有周期性带隙结构的传感器结构 |
| CN112687251A (zh) * | 2019-12-11 | 2021-04-20 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 带隙可调的拉胀声子晶体、应用及减振装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102708853A (zh) * | 2012-05-15 | 2012-10-03 | 北京交通大学 | 一种含共振单元的三维声子功能材料结构及其制作方法 |
| US20130087407A1 (en) * | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Hrl Laboratories Llc | High Bandwidth Antiresonant Membrane |
| US20160027425A1 (en) * | 2013-03-13 | 2016-01-28 | Milwaukee School Of Engineering | Lattice structures |
| CN106228969A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-12-14 | 四川大学 | 一种三维局域共振声子晶体结构及制备方法 |
| WO2017186765A1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Empa Eidgenössische Materialprüfungs- Und Forschungsanstalt | Phononic crystal vibration isolator with inertia amplification mechanism |
| KR101829743B1 (ko) * | 2017-08-29 | 2018-02-20 | 아이피랩 주식회사 | 밴드 갭 조정을 위한 비대칭 삼차원 격자 구조체 |
| CN108053819A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-05-18 | 中国空间技术研究院 | 减振结构 |
-
2018
- 2018-05-23 CN CN201810503016.2A patent/CN108492815B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130087407A1 (en) * | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Hrl Laboratories Llc | High Bandwidth Antiresonant Membrane |
| CN102708853A (zh) * | 2012-05-15 | 2012-10-03 | 北京交通大学 | 一种含共振单元的三维声子功能材料结构及其制作方法 |
| US20160027425A1 (en) * | 2013-03-13 | 2016-01-28 | Milwaukee School Of Engineering | Lattice structures |
| WO2017186765A1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Empa Eidgenössische Materialprüfungs- Und Forschungsanstalt | Phononic crystal vibration isolator with inertia amplification mechanism |
| CN106228969A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-12-14 | 四川大学 | 一种三维局域共振声子晶体结构及制备方法 |
| KR101829743B1 (ko) * | 2017-08-29 | 2018-02-20 | 아이피랩 주식회사 | 밴드 갭 조정을 위한 비대칭 삼차원 격자 구조체 |
| CN108053819A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-05-18 | 中国空间技术研究院 | 减振结构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| FRIEDER LUCKLUM;: "Experimental and numerical analysis of complete acoustic band gaps in three-dimensional phononic crystals", 《2017 19TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOLID-STATE SENSORS, ACTUATORS AND MICROSYSTEMS (TRANSDUCERS)》 * |
| 陈源: "钨芯体三维四元声子晶体振动带隙研究", 《中国机械工程》 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109077520A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-25 | 温州大学 | 新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的减振床板 |
| CN109102792A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-28 | 温州大学 | 新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的车用减振板 |
| CN109410906A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-03-01 | 温州大学 | 新型局域共振声子晶体结构及运用该结构的隔音墙板 |
| CN109102792B (zh) * | 2018-09-13 | 2022-11-15 | 温州大学 | 局域共振声子晶体结构及运用该结构的车用减振板 |
| CN109410906B (zh) * | 2018-09-13 | 2020-06-23 | 温州大学 | 局域共振声子晶体结构及运用该结构的隔音墙板 |
| CN109036367A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-18 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 一种用于减振降噪的低频宽带隙三维声子晶体 |
| CN109036367B (zh) * | 2018-10-12 | 2023-01-10 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 一种用于减振降噪的低频宽带隙三维声子晶体 |
| CN109461434A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-12 | 重庆大学 | 一种基于锯齿形声子晶体梁的薄板中弯曲波控制装置 |
| CN109461434B (zh) * | 2018-10-30 | 2022-10-18 | 重庆大学 | 一种基于锯齿形声子晶体梁的薄板中弯曲波控制装置 |
| WO2020143687A1 (zh) * | 2019-01-09 | 2020-07-16 | 苏州大学 | 一种具有周期性带隙结构的传感器结构 |
| CN110264990B (zh) * | 2019-06-28 | 2020-03-17 | 四川大学 | 一种单相三维声子晶体结构 |
| CN110264990A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-20 | 四川大学 | 一种单相三维声子晶体结构 |
| CN110379404A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-25 | 广东电网有限责任公司 | 一种低频噪声仿生声学超材料及其制备方法 |
| CN112687251A (zh) * | 2019-12-11 | 2021-04-20 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 带隙可调的拉胀声子晶体、应用及减振装置 |
| CN112687251B (zh) * | 2019-12-11 | 2024-04-05 | 南京光声超构材料研究院有限公司 | 带隙可调的拉胀声子晶体、应用及减振装置 |
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