[发明专利]一种应用于声学超材料的圆薄膜径向均匀预应力加载装置

权利要求书

1.一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，包括外侧带凹台阶和内侧带半圆形凹槽的圆环形下夹板、外侧带凸形台阶的圆环形上夹板、可显示力值的带压舌的圆环形测力计；圆环形上夹板和圆环形下夹板的台阶相配合实现上下夹板的定位及防止薄膜的移动；圆环形下夹板上带有弹簧卡扣，圆环形上夹板上带有挂钩，带压舌的圆环形测力计上左右对称处固定有两个压耳作为施压受力结构，压耳悬挑一端下表面与圆环形测力计上表面的高度差使带压舌的圆环形测力计可以下压更大深度；薄膜自然状态下放置于上下夹板之间，通过弹簧卡扣与挂钩相配合夹紧圆环形上下夹板，圆环形测力计从圆环形上夹板内圈放置在固定好的薄膜上，放置时要求圆环形测力计的压舌对准圆环形下夹板的半圆形凹槽，通过圆环形测力计上两个压耳配合两颗施压螺丝对薄膜施压，同步拧动两颗施压螺丝，带压舌的圆环形测力计逐渐向下压紧，压舌与半圆形凹槽的逐渐吻合的过程中圆形薄膜产生均匀径向预应力，通过带有压舌的圆环形测力计的读数表征出薄膜径向受力大小。

2.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，所述的外侧带凹台阶和内侧带半圆形凹槽的圆环形下夹板、外侧带凸形台阶的圆环形上夹板和带有压舌的圆环形测力计外壳由铝质材料制成；所述的压耳由铝制材料制成；所述的施压螺丝，挂钩以及弹簧卡扣由不锈钢材料制成。

3.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，所述的外侧带凸形台阶的圆环形上夹板外半径为85mm，内半径为68mm，厚度为6mm；凸形台阶外半径为85mm内半径为82mm，厚度为2.5mm；所述的外侧带凹台阶和内侧带半圆形凹槽的圆环形下夹板外半径为85mm，内半径为51mm，厚度为10mm，半圆形凹槽截面半径为6mm；所述的可显示力值的带压舌的圆环形测力计外半径为68mm，内半径为51mm，厚度为6mm，压舌截面半径为5mm。

4.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，压舌与凹槽紧靠圆环形下夹板内径，压舌与凹槽一样呈半圆形。

5.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，凹槽由半圆形变为U型，压舌也为U型。

6.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，压舌截面半径小于半圆形凹槽截面半径1mm，能使薄膜更好地变形。

7.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于，采用对称施压螺丝对圆环形测力计进行逐级加载；通过改变带压舌的环形测力计的下压深度，使圆形薄膜产生径向变形，从而得到不同大小预应力。

8.如权利要求1所述的一种应用于声学超材料的圆形薄膜径向均匀预应力定量加载装置，其特征在于：所述的挂钩沿圆环形上夹板外侧均匀分布；所述的弹簧卡扣沿圆环形下夹板外侧均匀分布，各为4个；所述的压耳沿圆环形测力计直径方向左右对称分布。

9.利用如权利要求1所述装置制备薄膜型声学超材料结构的方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：将硅橡胶薄膜自然放置在圆环形下夹板上表面；

第二步：将圆环形上夹板的凸台阶对准圆环形下夹板的凹台阶放置在圆环形下夹板上部；

第三步：旋动圆环形上夹板调整位置，使圆环形上夹板上挂钩对准圆环形下夹板上的弹簧卡扣，并用四个弹簧卡扣夹紧圆环形上下夹板，从而固定薄膜；

第四步：将圆环形测力计的半圆形压舌对准圆环形下夹板上的半圆形凹槽从圆环形上夹板内圈放置到固定好的薄膜上，放置时要求两个压耳上的螺丝孔对准圆环形上夹板的螺丝孔；

第五步：组装两颗施压螺丝，并同步顺时针拧动施压螺丝使带半圆形压舌的圆环形测力计向下移动，在半圆形压舌与半圆形凹槽逐渐吻合的过程中使圆形薄膜径向产生均匀变形，当圆环形测力计示数分别显示为2N、4N、6N、8N、10N时停止拧动；

第六步：用外半径小于带压舌的圆环形测力计的内圈半径1mm的圆环形铝制上下固定夹板将被张拉后的圆形薄膜用六颗等距分布的螺丝固定，固定时，圆环形铝质下固定夹板用物体水平垫起，由圆环形下夹板内圈放置到被张拉后薄膜下方，使其上表面接触被张拉后薄膜下表面，再将圆环形铝质上固定夹板螺孔对准圆环形铝质下部夹板的螺孔，由装置圆环形上夹板内圈放置到被张拉后薄膜的上表面，拧上六颗固定螺丝，将张拉后的薄膜固定；

第七步：松开上部施压螺丝，取下圆环形测力计，再松开四个弹簧卡扣，将圆环形上下夹板分离，取下薄膜；

第八步：用美工刀将圆环形铝制固定夹板外侧的薄膜沿着固定夹板外边缘切断，然后在张拉固定后的圆形薄膜中心粘贴一个半径为3mm，高度为4mm的圆柱形铅材质质量块，形成薄膜受力分别为2N、4N、6N、8N、10N的声学超材料结构。