一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體制造技術(shù)

一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，涉及聲子晶體結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)有基體板，所述的基體板上縱向串聯(lián)有至少兩種具有不同帶隙特征的振動單元。本發(fā)明專利技術(shù)具有在低頻率、寬頻率范圍內(nèi)具有較好的隔振特性，結(jié)構(gòu)簡單，強度高，適于實際應(yīng)用等優(yōu)點。

A series of structured phononic crystals

The utility model relates to a series structure phononic crystal, relating to the technical field of phononic crystal structure, which is provided with a basal plate, wherein the basal plate is connected in series with at least two vibrating units with different band gap characteristics. The present invention has good vibration isolation property in low frequency and wide frequency range, simple structure, high strength, suitable for practical application and the like.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體
本專利技術(shù)涉及一種聲子晶體結(jié)構(gòu)
，詳細講一種在低頻率、寬頻率范圍內(nèi)具有較好的隔振特性，結(jié)構(gòu)簡單，強度高，適于實際應(yīng)用的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體。
技術(shù)介紹
我們知道，低頻振動給生產(chǎn)、生活帶來較大的影響，合理有效的解決低頻寬帶隔振問題，成為近年來研究的熱點。美國海軍在《2000-2035年海軍技術(shù)》報告中指出21世紀潛艇必須重點發(fā)展的六大關(guān)鍵技術(shù)中，聲隱身技術(shù)被列為重點發(fā)展的六大關(guān)鍵技術(shù)之首。隨著聲吶技術(shù)不斷向低頻段擴展，主動聲吶低頻端已達1300Hz-2000Hz，被動聲吶探測的頻率下限已達10Hz，這就迫使?jié)撏脚_輻射噪聲控制能力盡量向低頻域發(fā)展。為控制潛艇低頻段輻射噪聲，世界先進海軍國家陸續(xù)開展了新一代潛艇減振降噪技術(shù)。美國的噪聲和振動控制系統(tǒng)采用船用高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對全艦100Hz以下的低頻振動實現(xiàn)有效隔振。德國也研制開發(fā)了用于潛艇主機隔振的雙層隔振系統(tǒng)，400Hz以下低頻段隔振效果大于20dB。這些技術(shù)將進一步提升世界先進海軍國家潛艇的低頻聲隱身性能。潛艇輻射噪聲主要分為機械噪聲、推進器噪聲和水動力噪聲。其中，機械噪聲是機械設(shè)備振動經(jīng)過隔振系統(tǒng)傳遞到基座引起耐壓殼體振動，再經(jīng)舷間聲振耦合引起的外殼振動并向外場輻射的噪聲。低速巡航工況下，潛艇約70%的輻射聲能量來源于機械設(shè)備振動引起的機械噪聲。降低潛艇機械設(shè)備引起的輻射噪聲主要有兩種途徑：一是通過機械設(shè)備低噪聲設(shè)計和加工工藝改進，減少設(shè)備振動和噪聲；二是從振動傳遞路徑上采用隔振、隔聲措施，阻隔振動和噪聲的傳遞。聲子晶體是具有彈性波禁帶特性的周期復(fù)合結(jié)構(gòu)。在其禁帶對應(yīng)頻率范圍內(nèi)，彈性波的傳播受到抑制，振動能量得到有效的衰減。近年來，應(yīng)用聲子晶體結(jié)構(gòu)進行減振降噪成為研究的熱點。因此運用聲子晶體是為潛艇的低頻隔振提供了一種新思路。劉正猷等人在Science上提出局域共振型聲子晶體概念。得到單元特征長度為2cm的結(jié)構(gòu)具有400Hz左右的低頻帶隙。Yang等人通過實驗和理論推導(dǎo)闡明了具有十分簡單結(jié)構(gòu)的膜狀聲學(xué)超材料，能夠打破質(zhì)量密度定律，實現(xiàn)100–1000Hz頻率范圍內(nèi)的聲波衰減。Ho等基于局域共振結(jié)構(gòu)原理,設(shè)計了具有不同共振頻率結(jié)構(gòu)單元的寬頻帶聲隱身材料,能屏蔽200—500Hz的聲波。吳九匯等人提出螺旋結(jié)構(gòu)聲子晶體，采用有機玻璃和鋼柱材料設(shè)計了低頻隔振的性能，其起始頻率最低為42Hz，有效降低了帶隙的起始頻率。此外，許多研究者對不同形式、不同材料組合的聲子晶體結(jié)構(gòu)在低頻段的隔振也都進行了大量的研究。以上研究表明局域共振聲子晶體對于低頻隔振具有較好的效果，但無法同時滿足在較低頻率和寬頻率范圍內(nèi)的隔振性能。現(xiàn)有的聲子晶體基體材料多采用環(huán)氧樹脂或有機玻璃等，此類材料雖然密度很小，彈性比較好，但是由于其強度較差、使用壽命短，因此很難應(yīng)用到實際結(jié)構(gòu)中，這也成為限制聲子晶體低頻隔振在實際結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的主要原因。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，在低頻率、寬頻率范圍內(nèi)具有較好的隔振特性，有高強度，適于實際應(yīng)用的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體。本專利技術(shù)解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足所采用的技術(shù)方案是：一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，設(shè)有基體板，其特征在于所述的基體板上(縱向串聯(lián))設(shè)有至少兩種具有不同帶隙特征的振動單元。本專利技術(shù)中所述的基體板的橫向上設(shè)有至少兩列振動單元。可以根據(jù)實際需要任意調(diào)整基體板橫向上振動單元的列數(shù)。所述的每列振動單元，由至少兩種具有不同帶隙特征的的振動單元在基體板（縱向）上周期性排列而成；在每個周期內(nèi)，每種振動單元至少一個。本專利技術(shù)中所述的振動單元由振動基座和振子組成；振子固連在振動基座上。本專利技術(shù)中所述的振動基座是采用去除材料法在基體板上加工而成，用于安裝振子、可為振子提供振動支撐。本專利技術(shù)中所述的振動基座一種是沖孔型振動基座，其結(jié)構(gòu)為：基體板上設(shè)有振子安裝孔，以振子安裝孔為中心圓形分部有振動孔。（以振子安裝孔為中心圓形陣列有振動孔）本專利技術(shù)中所述的振動基座另一種是雙螺旋型振動基座，其結(jié)構(gòu)為：基體板上設(shè)有振子安裝孔，以振子安裝孔為中設(shè)有環(huán)繞振子安裝孔的平面雙螺旋狀槽口。本專利技術(shù)中所述的振子由呈階梯臺狀（即“凸”字形）的上振子和下振子組成，上振子和下振子（凸字頭部）相對的設(shè)在基體板上振子安裝孔的上下兩側(cè)，上振子和下振子中部與振子安裝孔相對處設(shè)有安裝通孔，安裝通孔內(nèi)設(shè)有緊固螺栓。緊固螺栓穿過振子安裝孔將上振子和下振子固定在基體板上。本專利技術(shù)由于振子和振動基座的密度比越大，能得到的衰減頻率范圍越大，衰減量越大，綜合衰減量越好，因此密度高的振子和密度低的振動基座是比較合適的選擇方案。考慮到實際應(yīng)用，本專利技術(shù)采用新型材料碳纖維板作為基體板，充分利用其密度低、強度高的優(yōu)點，代替了傳統(tǒng)研究工作中常用的有機玻璃和環(huán)氧樹脂等材料。上述的串聯(lián)型聲子晶體，所述振子的材料為鎢合金，振子主體形狀為圓柱體，振子與基體板相連的部分為一半徑更小的圓柱體，振子中心設(shè)有貫穿的安裝通孔，通過緊固螺栓由上至下貫穿而固連在聲子晶體基體板上。本專利技術(shù)中所述的基體板上(縱向)設(shè)有4個沖孔型振動基座，4個沖孔型振動基座(縱向)后側(cè)串聯(lián)有4個雙螺旋型振動基座。此配比是經(jīng)過優(yōu)化篩選后確定的最佳配比。本專利技術(shù)的有益效果是，本專利技術(shù)串聯(lián)型聲子晶體采用串聯(lián)的方法綜合利用兩種具有不同帶隙特征的聲子晶體結(jié)構(gòu)，很大范圍上拓寬了低頻振動衰減的頻帶寬度，有效的解決了超低頻隔振頻帶過窄的問題，且較單一的某一種聲子晶體的傳輸特性產(chǎn)生了更好的衰減效果和更大范圍的衰減，低頻衰減量產(chǎn)生了更大的提高。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中基體板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是雙螺旋型聲子晶體、沖孔型聲子晶體和本專利技術(shù)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體傳輸特性曲線的對比圖。圖4是本專利技術(shù)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體傳輸特性曲線圖。具體實施方式一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，設(shè)有基體板，其特征在于所述的基體板上縱向串聯(lián)設(shè)有至少兩種具有不同帶隙特征的振動單元。基體板的橫向上設(shè)有至少一列振動單元，可以根據(jù)實際的振動范圍任意調(diào)整基體板橫向上振動單元的列數(shù)。每列振動單元由至少兩種具有不同帶隙特征的振動單元在基體板（縱向）上周期性排列而成；在每個周期內(nèi)，每種振動單元至少一個。中所述的振動單元由振動基座和振子組成；振子固連在振動基座上。所述的振動基座是采用去除材料法在基體板上加工而成，用于安裝振子、可為振子提供振動支撐。振動單元以結(jié)構(gòu)和材料差異來區(qū)分不同種類，如振動基座的形狀不同，又如振子的材料及形狀不同。本專利技術(shù)對于周期內(nèi)串聯(lián)的聲子晶體類型、數(shù)目以及出現(xiàn)順序沒有限制。在一個周期內(nèi)，同一種類型的聲子晶體單元可以在不同位置以不同數(shù)目出現(xiàn)。如圖1、2所示的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體,設(shè)有基體板4，基體板4上縱向串聯(lián)設(shè)有兩種具有不同帶隙特征的振動單元；振動單元由振動基座和振子組成；其中一種振動單元的振動基座是沖孔型振動基座，其結(jié)構(gòu)為：基體板上設(shè)有振子安裝孔5，以振子安裝孔5為中心圓形陣列有振動孔6；另一種振動單元的振動基座是雙螺旋型振動基座，其結(jié)構(gòu)為：基體板上設(shè)有振子安裝孔，以振子安裝孔為中設(shè)有環(huán)繞振子安裝孔的平面雙螺旋狀槽口7。振子由呈階梯臺狀（即“凸”字形）的上振子2和下振子3組成，上振子2和下振子3小直徑一端（凸字頭部）相對的設(shè)在基體板上振子安裝孔的上下兩側(cè)，上振子2和下本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，設(shè)有基體板，其特征在于所述的基體板上設(shè)有至少兩種具有不同帶隙特征的振動單元。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，設(shè)有基體板，其特征在于所述的基體板上設(shè)有至少兩種具有不同帶隙特征的振動單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，其特征在于所述的基體板的橫向上設(shè)有至少兩列振動單元，每列振動單元由至少兩種具有不同帶隙特征的的振動單元在基體板縱向上周期性排列而成；在每個周期內(nèi)，每種振動單元至少一個。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，其特征在所述的振動單元由振動基座和振子組成；振子固連在振動基座上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，其特征在于所述的振動基座是采用去除材料法在基體板上加工而成，用于安裝振子、可為振子提供振動支撐。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，其特征在于所述的基體板上縱向設(shè)有4個沖孔型振動基座，4個沖孔型振動基座縱向串聯(lián)有4個雙螺旋型振動基座。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的串聯(lián)結(jié)構(gòu)聲子晶體，其特征在于所述的振動基座一種是沖孔型振動基座...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬琮淦，楊仕祥，李慶，孫湘東，陳超逸，武昊，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37