一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置，包括基体梁，所述基体梁的上表面和下表面均通过连杆周期性的安装有局域振子，位于基体梁的上表面和下表面的局域振子均相互对称设置，形成双振子结构；每个连杆上均设置有压电片，每个所述压点片均与负电容电路连接，通过负电容电路调节压电片的等效杨氏模量将能量传给局域振子，以控制不同频率的弯曲波的传播。的弯曲波的传播。的弯曲波的传播。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置


[0001]本专利技术涉及人工弹性波超构材料
，具体涉及一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置。

技术介绍

[0002]与传统材料相比，由于声子晶体以及由此而提出的弹性波超材料具有独特的带隙特性，所以其应用非常广泛，目前已经在波导、滤波器、新型减振降噪材料等装置体现出了非常广阔的前景。从20世纪90年代开始，基于对弹性波在结构/材料中的行为进行调控的需求，早些年相关学者对其进行了广泛的研究。在现实生活和实际工程中，例如由于结构振动而引起的楼板墙壁振动破坏与噪声、以及由地震引起的建筑物破坏、现代船舶对结构对振动和结构噪声的激励较为敏感等动态问题一直都是困扰人们的难题。而由声子晶体所引起的超材料的相关研究，为此类问题提供了新的思路。
[0003]人工周期结构连接电路弹性波超材料的便于调节特性，使得改变相关材料参数的成本大大降低。通过利用压电片的逆压电效应，弹性波的传播传给了局域振子，最终实现减振隔振。由于梁状结构在工程中较为常见，所以本装置对于实际工程中的减振设计具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置，包括基体梁，所述基体梁的上表面和下表面均通过连杆周期性的安装有局域振子，位于基体梁的上表面和下表面的局域振子均相互对称设置，形成双振子结构；每个连杆上均设置有压电片，每个所述压点片均与负电容电路连接，通过负电容电路调节压电片的等效杨氏模量将能量传给局域振子，以控制不同频率的弯曲波的传播。
[0007]进一步的，所述基体梁为3D打印白色光敏树脂的细直梁结构，进行主动调控的实验时将所述基体梁通过鱼线悬挂在隔振台上，基体梁的一侧安装夹具并与激振器连接，组成可以进行主动调控的周期结构。
[0008]进一步的，所述压电片为P
‑
4矩形压电片，固有弹性模量为2.5
×
109Pa并且能够通过外接电路来调节。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0010]1.与以往隔振装置不同的是，本专利技术通过连接负电容电路通电，在结构两侧加上一定的电压，从而使基体梁中某一列位置处的等效杨氏模量与其他地方不同，这样可以使弯曲波传给局域振子，一定频率下的弯曲波会被阻断传播，从而产生禁带。此装置可用在精密仪器、通讯设施以及建筑等领域中，减少声波、电磁波等波在传播过程中对基础设施的影
响，从而提高设备的使用寿命。
[0011]2.负电容电路的添加，使得装置拥有便于调节的优点。本装置可以通过调节电路相关参数，通过电压的变化，使材料的等效杨氏模量发生变化。材料在不同的杨氏模量下，对振动的传播具有不同的特性，在某些频率下可能实现禁带和通带的相互转化，变相的起到了更换材料的效果。例如在建筑工程领域，为了达到隔音效果，可以调节楼房墙壁和吊顶的相关材料参数，不需再次更换材料，既便捷又节省成本；在精密仪器制造领域，在不同频率的振动下设置不同的电路参数，可减少仪器内部材料的损坏。
[0012]3.本专利技术具有双局域振子特征，使得本专利技术可以具有多个振动与波动带隙，而以往单局域振子结构只具有单独或少量带隙，隔振频率区间不足。在相同的基体梁条件下，双局域振子可实现振动进一步阻隔，进而提升隔振效果。例如在建筑材料领域，在墙面的内测与外侧同时安装局域振子，可进一步吸收音量。
[0013]4.本专利技术相比于之前装置，由于负电容电路的加入，具有更大的调节范围，可以实现在更大频率范围内进行禁带和通带的转化，使得波可以在更广阔的范围内进行传播和阻隔，从而拥有更广阔的应用领域。
[0014]5.本专利技术通过对部分压电片等效弹性模量的主动调控，通过对局域振子的引入，进一步控制弯曲波传播方向，达到了减振隔振的目的。较以往波导装置具有操作方便易于调节的特点，并可以在不同电场条件下实现不同状态，可以用于在特定频率下抑制弹性波与振动的情况，可实现在实际工程中减振隔振的目的。
附图说明
[0015]图1为本专利技术局域共振超材料装置的单胞结构示意图。
[0016]图2为图1的侧视图。
[0017]图3本专利技术局域共振超材料装置的正视结构示意图。
[0018]图4为本专利技术局域共振超材料装置的立体结构示意图。
[0019]图5a和图5b表示本专利技术装置在频率为600
‑
700Hz之间振幅有一个明显的变化，说明在电路的调节下材料的等效杨氏模量发生变化，从而实现禁带与通带的转化。
[0020]图6a和图6b表示本专利技术装置在600
‑
700Hz之间与200
‑
300振幅有一个明显的变化，说明在电路的调节下材料的等效杨氏模量发生变化，从而实现禁带与通带的转化。
[0021]图7a和图7b表示在700Hz的条件下，图7b为通路，图7a为开路，可以发现在不同的电路条件下，振动的幅值发生了明显的变化，说明禁带和通路发生了变化。
[0022]图8a和图8b表示在1500Hz的条件下，图8b为通路，图8a为开路，可以发现在不同的电路条件下，振动的幅值发生了明显的变化，说明禁带和通路发生了变化。
[0023]图9a和图9b表示在1600Hz的条件下，图9b为通路，图9a为开路，可以发现在不同的电路条件下，振动的幅值发生了明显的变化，说明禁带和通路发生了变化。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始
至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0026]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0027]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置，其特征在于，包括基体梁，所述基体梁的上表面和下表面均通过连杆周期性的安装有局域振子，位于基体梁的上表面和下表面的局域振子均相互对称设置，形成双振子结构；每个连杆上均设置有压电片，每个所述压点片均与负电容电路连接，通过负电容电路调节压电片的等效杨氏模量将能量传给局域振子，以控制不同频率的弯曲波的传播。2.根据权利要求1所述一种用于低频隔振的主动控制局域共振超材料装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅泽，张紫淳，谭静远，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：