一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构制造技术

一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，属于降噪减振领域，本发明专利技术提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，双级结构中的每一级在高频和低频处都可以产生带隙，所谓的双级的第一级为多个单个胞元组合形成的规律排列，第二级为单个胞元内部不同截面的杆形成的，两级周期都可以产生带隙为本申请所要保护结构的独特之处，本发明专利技术提供的周期结构可以用于减振降噪，利用声子晶体的带隙特性可以阻止特定频率范围内弹性波或声波的传播，达到减振目的，与传统设计的同样框架结构相比，本发明专利技术质量小，并且形成带隙的范围宽，能够对更大频率范围内的弹性波或声波的传播进行抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构
本专利技术属于降噪减振领域，具体涉及属于一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构。
技术介绍
声子晶体是一种由两种及以上材料周期排列的人工复合材料，近年来受到广泛关注。当弹性波处于声子晶体的带隙频率范围内时，其在声子晶体中的传播将会得到有效衰减，而不属于这一弹性范围的弹性波将会依靠频散关系在声子晶体中得到无损耗的传播，基于这一性质，声子晶体得以在减振降噪方面的应用得到了人们的广泛关注。低频抑振及多频段抑振一直是声子晶体的发展趋势，与工程实际应用最接近的梁和板类结构中主要存在抑振频段高、抑振频带少的问题。声子晶体周期结构带隙特性可以实现减振降噪。可以从抑制振源强度、隔振、消振三个方面达到减振降噪的目的，通过借鉴声子晶体的周期性改进振动源的设计，可以得到一种具有带隙特性的振源。在隔振方面，可以利用声子晶体结构的隔振器进行主动隔振或被动隔振，以此实现振动的有效抑制甚至隔离。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种声子晶体周期结构，具有双级带隙的特征，每一级的周期结构都会产生弹性波不能通过的隔振频段即带隙，扩展了现有周期结构隔振的频段宽度和产生隔振频段的数量；为了实现上述目的进而提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，所述周期结构包括若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，所述若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元呈周期性矩阵分布，且相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元固定连接，此为双级结构中第一级周期；所述具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元由四个杆件组成，四个杆件两两相交形成四边形框架，每个杆件包括三个小截面圆柱和四个大截面圆柱，四个大截面圆柱与三个小截面圆柱同轴设置，相邻两个大截面圆柱之间设有一个小截面圆柱，且小截面圆柱的两端分别与对应的大截面圆柱的一端固定连接，此为双级周期结构中的第二级周期，四个杆件两两相交时，位于相邻两个杆件端部的大截面圆柱会产生干涉，在每个位于端部的大截面圆柱上加工斜面，使相交的两个大截面圆柱呈V字型结构，在V字型结构的尖端加工有连接平面，相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元通过了V字型结构上的连接平面固定连接；进一步地，所述周期结构的水平方向设置n个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，竖直方向设置n个或m个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，周期结构中具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元的分布为n*m型或n*n型；进一步地，所述周期结构中水平方向设置具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元的个数n的取值范围为n≥3；进一步地，所述周期结构中竖直方向设置具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元的个数m的取值范围为m≥3；进一步地，所述杆件中大截面圆柱的端面直径是小截面圆柱的端面直径的2-5倍；进一步地，所述杆件中小截面圆柱的长度是小截面圆柱的长度的2-5倍；进一步地，所述的小截面圆柱和大截面圆柱的材料均为光敏树脂、环氧树脂和PLA材料中的任意一种；本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，可以用于减振降噪，利用声子晶体的带隙特性可以阻止特定频率范围内弹性波或声波的传播，达到减振目的。2、本专利技术提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，与传统设计的同样框架结构相比，本专利技术质量小，并且形成带隙的范围宽，能够对更大频率范围内的弹性波或声波的传播进行抑制。3、本专利技术提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，具有频率可设计、针对性强、效果好等优点。同时制作方便，便于标准化生产。4、本专利技术提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，有利于进一步探究不同于普通周期结构具有的双级带隙和不同于一维双级结构声子晶体的方向带隙，并且在高频和低频处同时具有隔振效果。附图说明图1为本专利技术所述的具有双级带隙特性的的二维声子晶体周期结构结构图图2为本专利技术所述的具有双级带隙特性的的二维声子晶体周期结构正视图图3本专利技术所述的具有双级带隙特性的的二维声子晶体周期结构的单个胞元结构图图4本专利技术所述的具有双级带隙特性的的二维声子晶体周期结构的单个胞元正视图图5(a)和图5(b)为本专利技术所述的双级带隙特性的的二维声子晶体周期结构能带图图6为本专利技术所述的双级带隙特性的的二维声子晶体周期结构频响图；图中1大截面圆柱、2小截面圆柱；图中L为晶格常数，D1为大截面圆柱的半径，D2为小截面圆柱的半径，大截面圆柱的长度为L2，小截面圆柱的长度为L1，夹角为θ。P1为施加激励处，P2为拾取响应处。具体实施方式具体实施方式一：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式提供了一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，所述周期结构包括若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，所述若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元呈周期性矩阵分布，且相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元固定连接；所述具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元由四个杆件组成，四个杆件两两相交形成四边形框架，每个杆件包括三个小截面圆柱2和四个大截面圆柱1，四个大截面圆柱1与三个小截面圆柱2同轴设置，相邻两个大截面圆柱1之间设有一个小截面圆柱2，且小截面圆柱2的两端分别与对应的大截面圆柱1的一端固定连接，此为双级周期结构中的第二级周期，四个杆件两两相交时，位于相邻两个杆件端部的大截面圆柱1会产生干涉，在每个位于端部的大截面圆柱1上加工斜面，使相交的两个大截面圆柱1呈V字型结构，在V字型结构的尖端加工有连接平面，相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元通过了V字型结构上的连接平面固定连接。本实施方式提供一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构其设计的灵感起源于自然界的生物的双级结构，例如蝴蝶翅膀具有宏观和微观的周期性，有利于重量的减少和疏水性，可以推测具有层次周期性的结构在弹性波传播方面表现出独特的功能。基于一维双级结构的研究，本次设计了一种二维的双级声子晶体的结构，不但具有双级带隙，而且具有方向带隙和全带隙。本结构具有两级带隙，分别来自于两级的微观结构，这种双级的设计不但减轻了结构本身的质量，而且拓宽了所产生带隙的范围和数量，实现了更好的隔振效果，本申请中所述的双级结构中的每一级在高频和低频处都可以产生带隙，所谓的双级的第一级为多个单个胞元组合形成的规律排列，第二级为单个胞元内部不同截面的杆形成的，两级周期都可以产生带隙为本申请所要保护结构的独特之处。具体实施方式二：参照图1至图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的周期结构作进一步限定，本实施方式中，所述周期结构的水平方向设置n个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，竖直方向设置n个或m个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，周期结构中具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元的分布为n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，其特征在于：所述周期结构包括若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，所述若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元呈周期性矩阵分布，且相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元固定连接；/n所述具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元由四个杆件组成，四个杆件两两相交形成四边形框架，每个杆件包括三个小截面圆柱(2)和四个大截面圆柱(1)，四个大截面圆柱(1)与三个小截面圆柱(2)同轴设置，相邻两个大截面圆柱(1)之间设有一个小截面圆柱(2)，且小截面圆柱(2)的两端分别与对应的大截面圆柱(1)的一端固定连接，此为双级周期结构中的第二级周期，四个杆件两两相交时，位于相邻两个杆件端部的大截面圆柱(1)会产生干涉，在每个位于端部的大截面圆柱(1)上加工斜面，使相交的两个大截面圆柱(1)呈V字型结构，在V字型结构的尖端加工有连接平面，相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元通过了V字型结构上的连接平面固定连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，其特征在于：所述周期结构包括若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，所述若干个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元呈周期性矩阵分布，且相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元固定连接；
所述具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元由四个杆件组成，四个杆件两两相交形成四边形框架，每个杆件包括三个小截面圆柱(2)和四个大截面圆柱(1)，四个大截面圆柱(1)与三个小截面圆柱(2)同轴设置，相邻两个大截面圆柱(1)之间设有一个小截面圆柱(2)，且小截面圆柱(2)的两端分别与对应的大截面圆柱(1)的一端固定连接，此为双级周期结构中的第二级周期，四个杆件两两相交时，位于相邻两个杆件端部的大截面圆柱(1)会产生干涉，在每个位于端部的大截面圆柱(1)上加工斜面，使相交的两个大截面圆柱(1)呈V字型结构，在V字型结构的尖端加工有连接平面，相邻两个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元通过了V字型结构上的连接平面固定连接。


2.根据权利要求1中所述的一种具有双级带隙特性的二维声子晶体周期结构，其特征在于：所述周期结构的水平方向设置n个具有双级带隙特性的二维声子晶体单个胞元，竖直方向设置n个...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志静，孙朋，温舒瑞，李凤明，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23