抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体制造技术

本发明专利技术提供了一种抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，包括：基板、多个复合弹性单元，所述复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板上，其中，所述复合弹性单元包括至少两个叠加的不同材料层，所述材料层包括：金属层和弹性材料层。从而使得该声子晶体能够实现在纵向的局域共振模式，实现多波段的弯曲振动带隙，解决多波段低频弯曲振动的抑制问题。经验证，本发明专利技术中的该声子晶体在带隙范围内，弯曲振动衰减效果良好。

Phononic Crystals for Suppressing Low Frequency Bending Vibration in Multi-Band

The invention provides a phononic crystal for suppressing multi-band low-frequency bending vibration, which comprises a substrate and a plurality of composite elastic units arranged periodically on the substrate according to a two-dimensional lattice. The composite elastic unit comprises at least two superimposed layers of different materials, the material layer includes a metal layer and an elastic material layer. Thus, the phononic crystal can achieve longitudinal local resonance mode, realize multi-band bending vibration band gap, and solve the problem of multi-band low-frequency bending vibration suppression. It has been proved that the phononic crystal in the invention has good attenuation effect of bending vibration within the bandgap range.

【技术实现步骤摘要】
抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体
本专利技术涉及声子晶体
，具体地，涉及抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体。
技术介绍
声子晶体是具有弹性波禁带特性的周期复合结构，在其禁带对应频率范围内，弹性波的传播受到抑制，振动能量得到有效的衰减。弯曲振动是工程中常见的结构振动方式，低频弯曲振动的抑制是工程应用中的重要问题。但是，弯曲振动的抑制往往要求结构具有较大的厚度或在厚度方向具有周期性。局域共振声子晶体虽然具有低频带隙，但其带隙集中在一段很窄的频率范围，难以同时在多波段取得良好的抑制效果。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体。根据本专利技术提供的一种抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，包括：基板、多个复合弹性单元，所述复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板上，其中，所述复合弹性单元包括至少两个叠加的不同材料层，所述材料层包括：金属层和弹性材料层。可选地，所述复合弹性单元与基板接触连接的材料层为弹性材料层，所述弹性材料层与所述金属层交替叠加，以构成所述复合弹性单元，且所述复合弹性单元远离基板的最顶层材料层为金属层。可选地，所述复合弹性单元的材料层的层数包括：2层、4层、6层。可选地，所述材料层的横截面的形状包括：圆形、椭圆形、矩形、菱形、三角形、六边形中的任一种。可选地，所述二维晶格的形状包括：长方形、正方形、六边形。可选地，所述金属层的材料为合金。可选地，所述弹性材料层的材料为硅橡胶。可选地，所述基板的材料为铝。可选地，所述声子晶体的晶格常数a为0.01m，基板厚度为0.1a～0.3a；所述复合弹性单元的总体厚度为0.05～0.3a；当所述复合弹性单元的横截面为圆形时，金属层的半径为0.1a～0.4a。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，通过在基板上设置多个复合弹性单元，所述复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板上，其中，所述复合弹性单元包括至少两个叠加的不同材料层，所述材料层包括：金属层和弹性材料层。从而使得该声子晶体能够实现在纵向的局域共振模式，实现多波段的弯曲振动带隙，解决多波段低频弯曲振动的抑制问题。经验证，本专利技术中的该声子晶体在带隙范围内，弯曲振动衰减效果良好。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例一提供的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体的结构示意图；图2为本专利技术实施例二提供的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体的结构示意图；图3为按照正方形形状的二维晶格周期排列的声子晶体的结构示意图；图4为复合弹性单元的材料层数量为4层时声子晶体的能带结构图；图5为声子晶体对应的弯曲振动频率响应图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术实施例一提供的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体的结构示意图，如图1所示，本实施例中的声子晶体，包括：基板1、多个复合弹性单元，所述复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板1上，其中，所述复合弹性单元包括至少两个叠加的不同材料层，所述材料层包括：金属层3和弹性材料层2。本实施例中，所述复合弹性单元与基板接触连接的材料层为弹性材料层2，所述弹性材料层2与所述金属层3交替叠加，以构成所述复合弹性单元，且所述复合弹性单元远离基板的最顶层材料层为金属层3。在一种实施方式中，所述金属层的材料为合金，例如钢。理论上与钢密度相近的金属合金都可以作为本实施例中金属层的制作材料。在一种实施方式中，所述弹性材料层的材料为硅橡胶。理论上与硅橡胶密度相近的弹性材料均可以作为本实施例中弹性材料层的制作材料。在一种实施方式中，所述基板的材料为铝。理论上与铝密度相近的金属都可以作为本实施例中基板的制作材料。本实施例中，所述材料层的横截面的形状可以根据实际需要设计成圆形、椭圆形、矩形、菱形、三角形、六边形等任何一种形状。图2为本专利技术实施例二提供的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体的结构示意图，如图2所示，所述复合弹性单元包含4层材料层；所述复合弹性单元与基板接触连接的材料层为弹性材料层2，所述弹性材料层2与所述金属层3交替叠加，且所述复合弹性单元远离基板的最顶层材料层为金属层3。需要说明的是，本实施例中不限定所述复合弹性单元包含的材料层数量，例如可以设置所述复合弹性单元的材料层的层数为2层、4层、6层的等等。图3为按照正方形形状的二维晶格周期排列的声子晶体的结构示意图，图3中包含多个图2所示的声子晶体，这些声子晶体排列而成的二维晶格的形状可以根据实际需要设计为长方形、正方形、六边形等等。具体地，可以设置声子晶体的晶格常数a为0.01m，基板厚度为0.1a～0.3a；所述复合弹性单元的总体厚度为0.05～0.3a。以横截面为圆形的复合弹性单元为例，可以设置金属层的半径为0.1a～0.4a。需要说明的是，本实施例中声子晶体的具体尺寸，例如基板厚度、金属和橡胶尺寸、晶格常数均可以根据实际需要抑制的波段进行调整。具体地，多个复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板上，可以实现纵向的局域共振模式。复合弹性单元的材料层数量为4层时，声子晶体中可以出现多种局域共振模式，实现2个弯曲振动带隙。图4为复合弹性单元的材料层数量为4层时声子晶体的能带结构图，其中点划线表示纵向弯曲振动模式。图5为声子晶体对应的弯曲振动频率响应图。如图5所示，在2个弯曲振动带隙中，弯曲振动的衰减效果明显，衰减效果最大可达约83dB。多波段低频带隙的局域共振声子晶体设计增加了低频弯曲振动的衰减效果和抑制弯曲振动的有效频率范围。本实施例，结构简单，可变性强。与一般的声子晶体相比，实现了纵向低频弯曲振动的多个带隙，扩展了带隙的频率范围，增加了低频弯曲振动的衰减效果。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，其特征在于，包括：基板、多个复合弹性单元，所述复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板上，其中，所述复合弹性单元包括至少两个叠加的不同材料层，所述材料层包括：金属层和弹性材料层。

【技术特征摘要】
1.一种抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，其特征在于，包括：基板、多个复合弹性单元，所述复合弹性单元按照二维晶格周期排列在基板上，其中，所述复合弹性单元包括至少两个叠加的不同材料层，所述材料层包括：金属层和弹性材料层。2.根据权利要求1所述的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，其特征在于，所述复合弹性单元与基板接触连接的材料层为弹性材料层，所述弹性材料层与所述金属层交替叠加，以构成所述复合弹性单元，且所述复合弹性单元远离基板的最顶层材料层为金属层。3.根据权利要求1所述的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，其特征在于，所述复合弹性单元的材料层的层数包括：2层、4层、6层。4.根据权利要求1-3中任一项所述的抑制多波段低频弯曲振动的声子晶体，其特征在于，所述材料层的横截面的形状包括：圆形、椭圆形、矩形、菱形、三角形、六边形中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小玲，王珑祺，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31