CN111833834A - 一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，该超胞元包括基体(1)，以及周期性布置在基体上的散射体振子(2)。其中散射体振子(2)分为嵌入型振子(2‑1)和凸起型振子(2‑2)。凸起型振子(2‑2)又分为凸起型振子A(2‑2‑1)和凸起型振子B(2‑2‑2)。这种超胞元形成的周期复合结构具有多重带隙，能对多个频率范围内的弹性波或声波的传播起到抑制作用。从而实现结构与隔振系统的一体化设计，并且具有质量轻、隔振频率宽、可靠性高等优点，在工程隔振领域具有广泛的应用前景。

Description

一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元

技术领域

本发明涉及一种超胞元,特别是涉及一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元。

背景技术

随着经济和社会各方面的高速发展，交通运输、机械运行、人类生活娱乐、建筑施工等方面产生的振动和噪声问题日益受到人们广泛的关注。按照是否需要使用能源来分类，传统的抑制振动方法主要包括被动控制、主动控制等。

20世纪90年代科学家们发现声弹性波在具有周期性结构的弹性材料上传播会导致一定频率范围内的弹性波无法传播，因此提出声子晶体(周期复合结构)的概念。声子晶体是以单胞作为基本单元进行周期性排列的结构，即其材料的密度和弹性参数是呈周期性分布的。声子晶体的特点是在特定频率范围内的弹性波经过声子晶体会大幅度衰减以至于无法传播，这个频率范围称为声子晶体的带隙；对于带隙外其他频率，弹性波理论上可以无损地通过声子晶体来继续传播，这些频率范围称为声子晶体的通带，而禁带和通带的范围可以通过改变该声子晶体的结构、材料等参数来进行相应的调节。声子晶体的该特性恰好弥补了被动控制和主动控制等传统抑制振动方法的缺陷，不失为一种解决噪声和振动的良好途径和方法。

由几种不同类型的单胞可以组成超胞元，通过超胞元形成的周期复合结构往往具有多重带隙，能够对多个频率范围内的振动产生显著的抑制，扩展了带隙的范围。这种超胞元可实现结构与隔振系统的一体化设计，并且具有质量轻、隔振频率宽、可靠性高等优点，在工程隔振领域具有广泛的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，在超胞结构中布置不同的散射体振子，通过超胞元延拓可形成具有多重带隙特性的周期复合结构。

技术方案：本发明是一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，该超胞元包括基体，以及周期性布置在基体上的散射体振子。

所述散射体振子分为嵌入型振子和凸起型振子。凸起型振子又分为凸起型振子A和凸起型振子B。

所述散射体振子形状是圆柱体、长方体或者正多边体。

所述散射体振子是单组元或者二组元，凸起型振子在基体上布置方式是单侧凸起型或者双侧凸起型。

所述同一类凸起型振子的形状、组元数量、布置方式、大小和材料均相同。

所述凸起型振子为二组元时，内层振子和外层振子的半径或者边长相等，高度相等或不等。

所述凸起型振子A与凸起型振子B的形状、组元数量、布置方式、大小和材料中的某一项或者某几项不相同。

所述嵌入型振子、凸起型振子A以及凸起型振子B的数量相等或者不等。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1)周期结构具有带隙特性，能够对特定频率范围内的声波或弹性波的传播进行衰减或屏蔽，因此该超胞元形成的周期复合结构能达到减振降噪的目的。

2)传统的弹性波或声波校准元件尺寸大且造价高，使用该超胞元形成的周期复合结构则可以减小尺度，降低造价。同时制作方便，便于标准化生产。

3)该超胞元形成的周期复合结构具有多重带隙特性，拓宽了带隙范围，能够对更大频率范围内的弹性波或声波的传播进行抑制。

附图说明

图1为本发明嵌入型振子为圆柱形，凸起型振子分别为圆柱形和长方体形的超胞结构图；

图2为本发明嵌入型振子为长方体形，凸起型振子分别为圆柱形和长方体形的超胞结构图；

图3为本发明嵌入型振子为圆柱形，凸起型振子分别为圆柱形和长方体形，双侧布置的超胞结构图；

图4为本发明嵌入型振子为圆柱形，凸起型振子为圆柱形，在基体双侧交错布置的超胞结构图；

图5为本发明某一超胞结构的能带图；

图中有：基体1、散射体振子2、嵌入型振子2-1、凸起型振子2-2、凸起型振子A2-2-1、凸起型振子B 2-2-2。

a为晶格常数，R为圆柱形嵌入型振子的半径，D为正方体形嵌入型振子的边长，r为圆柱形凸起型振子A的半径，d为正方体形凸起型振子B的边长。

具体实施方式

本发明的形成方法如下：

嵌入型和凸起型散射体振子周期性排列布置在基体板上，其中凸起型散射体振子又分为A和B两种。散射体振子均可以是圆柱，长方体或者多边体。同一种散射体振子的形状，组元数量，布置方式，大小和材料均相同。而凸起型振子A与凸起型振子B的形状、组元数量、布置方式、大小和材料中的某一项或者某几项不相同。嵌入型振子、凸起型振子A以及凸起型振子B的数量相等或者不等。

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所示，本实施例为嵌入型振子为圆柱形，凸起型振子分别为圆柱形和长方体形的超胞结构图。基体晶格常数为a，散射体振子在基体单侧布置，其中嵌入型振子半径为R，二组元凸起型振子A的半径为r，二组元凸起型振子B的边长为d。

实施例2：

如图2所示，本实施例为嵌入型振子为正方体形，凸起型振子分别为圆柱形和正方体形的超胞结构图。基体晶格常数为a，散射体振子在基体单侧布置，其中嵌入型振子边长为D，二组元凸起型振子A的半径为r，二组元凸起型振子B的边长为d。

实施例3：

如图3所示，本实施例为嵌入型振子为圆柱形，凸起型振子分别为圆柱形和正方体形，在基体双侧布置的超胞结构图。基体晶格常数为a，其中嵌入型振子半径为R，二组元凸起型振子A的半径为r，二组元凸起型振子B的边长为d。

实施例4：

如图4所示，本实施例为嵌入型振子为圆柱体形，凸起型振子也为圆柱形的超胞结构图。其中3个凸起型振子A在基体一侧布置，另一个凸起体振子B在基体另一侧布置。基体晶格常数为a，嵌入型振子半径为R，单组元凸起型振子A的半径为r，单组元凸起型振子B的边长为r。

如图5所示，为某一超胞结构的能带结构图，其中包括有弯曲带隙，纵向带隙和完全带隙等多重带隙。能对多个频率范围的弹性波和声波的传播进行有效的衰减。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，该超胞元包括基体(1)，以及周期性布置在基体上的散射体振子(2)。

2.根据权利要求1所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，所述散射体振子(2)形状是圆柱体、长方体或者正多边体。

3.根据权利要求1或2所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，所述散射体振子(2)分为嵌入型振子(2-1)和凸起型振子(2-2)。

4.根据权利要求3所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，凸起型振子(2-2)又分为凸起型振子A(2-2-1)和凸起型振子B(2-2-2)。

5.根据权利要求3所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，所述散射体振子(2)是单组元或者二组元，凸起型振子(2-2)在基体(1)上布置方式是单侧凸起型或者双侧凸起型。

6.根据权利要求3所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，同一类凸起型振子(2-2)的形状、组元数量、布置方式、大小和材料均相同。

7.根据权利要求6所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，所述凸起型振子(2-2)为二组元时，内层振子和外层振子的半径或者边长相等，高度相等或不等。

8.根据权利要求4所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，所述凸起型振子A(2-2-1)与凸起型振子B(2-2-2)的形状、组元数量、布置方式、大小和材料中的某一项或者某几项不相同。

9.根据权利要求8所述的一种可形成具有多重带隙周期复合结构的超胞元，其特征在于，所述嵌入型振子(2-1)、凸起型振子A(2-2-1)以及凸起型振子B(2-2-2)的数量相等或者不等。

Images