一种局域共振型声子晶体的轻量化设计方法技术

本发明专利技术公开一种局域共振型声子晶体的轻量化设计方法，包括如下步骤：确定轻量化声子晶体薄板的材料组成；建立能带计算模型；建立隔声仿真模型；确定隔声仿真模型包含的元胞数；在能带计算模型中，计算该结构下，局域共振性能释放充分的物理参数；在隔声仿真模型中，验证方法正确性。本发明专利技术改变以往以带隙宽度的扩展，以带隙下边界作为研究对象，通过能带理论结合数值计算的方法，使局域共振型声子晶体的局域共振性能得到最大释放，指导声子晶体的轻量化设计，这种轻量化设计既可以使局域共振型声子晶体的隔声性能保持高效，又可以使其重量及体积大大减小。

【技术实现步骤摘要】
一种局域共振型声子晶体的轻量化设计方法
本专利技术涉及声子晶体设计方法领域，特别是涉及一种局域共振型声子晶体的轻量化设计方法。
技术介绍
低频噪声在很长的时间内，一直困扰着人们，具有波长长、衰减慢、对人体危害更大的特点。常规材料如吸声棉、多孔材料等虽然降噪频域宽度较大，但其低频降噪效果甚微。隔声墙、高密度材料等虽然低频隔声效果较好，但有重量大、体积大的缺点。穿孔板、微穿孔板等虽然可以以较低质量控制低频噪声，但都需要很厚的空腔作为共振腔，占用大量空间。此时，声子晶体的出现则给低频噪声控制带来了曙光。但目前对声子晶体的研究基本停留在理论阶段，学术界对声子晶体的研究已经进行了10多年，大多都是基于能带理论进行研究。在理论方面的研究日臻完善的今天，如何将声子晶体应用到实际的工程成为下一步科研工作者的目标。声子晶体是作为光子晶体这一概念的类比而提出的。1992年，M.M.Sigalas和E.N.Economou等人首次在理论上证实了将球形材料埋入某一基体材料后形成的周期性点阵结构具有带隙特性，并在金、铅球与铝或者硅基体所形成的复合材料结构中同样证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局域共振型声子晶体的轻量化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，确定轻量化声子晶体薄板的材料组成成分：根据使用环境不同，分别选择基体材料，包覆层材料和散射体材料；/n步骤2，建立元胞的能带计算模型；/n步骤3，建立隔声仿真模型并通过单层板隔声理论计算验证模型正确性；/n步骤4，确定隔声仿真模型包含的元胞数,模型进行隔声频谱与能带对应验证；/n步骤5，在能带计算模型中，基于局域共振性能释放原理，计算局域共振性能释放充分的包覆层半径与散射体半径之比；/n步骤6，在隔声仿真模型中，通过检验隔声峰值与散射体半径、包覆层厚度的关系，验证本方法的正确性。/n

【技术特征摘要】
1.一种局域共振型声子晶体的轻量化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，确定轻量化声子晶体薄板的材料组成成分：根据使用环境不同，分别选择基体材料，包覆层材料和散射体材料；
步骤2，建立元胞的能带计算模型；
步骤3，建立隔声仿真模型并通过单层板隔声理论计算验证模型正确性；
步骤4，确定隔声仿真模型包含的元胞数,模型进行隔声频谱与能带对应验证；
步骤5，在能带计算模型中，基于局域共振性能释放原理，计算局域共振性能释放充分的包覆层半径与散射体半径之比；
步骤6，在隔声仿真模型中，通过检验隔声峰值与散射体半径、包覆层厚度的关系，验证本方法的正确性。


2.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体的轻量化设计方法，其特征在于：所述基体材料为环氧树脂，所述包覆层材料为硅橡胶，所述散射体材料为钨。


3.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体的轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
步骤2.1，定义波失的在倒格矢的两个分量为kx＝m*a/π和ky＝n*a/π，其中a为元胞边长，m为x方向的计算常数，n为y方向的计算常数；
步骤2.2，参数化m和n，通过m和n的参数化使kx和ky一一对应；
步骤2.3，扫略过声子晶体元胞的不可约布里渊区边界，求解元胞内的动力学特征方程：
(K-ω2M)U＝0；
其中，K——原胞内节点的刚度矩阵；M——原胞节点的质量矩阵；U——原胞内节点位移；
步骤2.4，求得的特征频率与波失k的对应关系，即为能带结构模型。


4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈传敏，郭兆枫，刘松涛，冯洪达，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13