[发明专利]一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构

说明书

本发明公开了一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构，包括若干个由四个嵌套开缝共振腔单元构成的晶格，所述单元通过连接体构成晶格，所述晶格包括不同方向开缝的嵌套开缝共振腔单元；嵌套开缝共振腔单元内部包含大尺寸外侧不同方向开缝的开缝共振腔，以及其嵌套形成的内部波导和内部腔体；每四个套型共振腔逆时针设置不同方向的开缝，内部开缝共振腔开缝方向不变；每列嵌套开缝共振腔的开缝方向是一致的，每一行每四个开缝开口方向各不相同的嵌套开缝共振腔为一个晶格；嵌套开缝共振腔单元通过连接体连接为晶格，通过连接体将晶格阵列为板件；本发明是由单一的基体材料组成，工艺生产上可利用3D打印技术制备，生产工艺简单，设备和材料投入成本低廉，节能环保以及本发明实现很好的中低频宽频域吸声效果。

技术领域

本发明涉及一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构，属于声学领域。

背景技术

超材料选择介于原子、分子的微观结构尺寸与宏观尺寸间的介观尺度来构建人工微结构。由这样的微结构阵列构成的人工材料的材料参数可以通过微观结构的设计实现大范围的人为调节，作为超材料领域的重要分支，声学超材料通过在亚波长物理尺度上的结构设计，获得具有超常力学、声学性能的复合材料或复合结构，为人们控制弹性波的传播提供了新的技术途径。声学超材料的研究源于局域共振声子晶体，刘正猷在2000年提出局域共振声子晶体：利用软橡胶材料包裹高密度芯体构成局域共振单元，在弹性介质中周期性排列局域共振单元构成人工周期结构，在亚长波频段利用弹性波的局域共振效应成功实现了低频弹性波带隙，为低频小尺寸减振降噪提供新的途径。

共振腔共振消耗声能量是一种非常有效的吸声结构。温激鸿等采用有限元方法，深入分析了局域共振声学超材料结构内在的能量耗散机理，系统讨论了各因素对局域共振吸声的影响，总结得出各参数对局域共振吸声的影响规律；2008年HU等人通过实验证实周期排列的共振腔可以产生带隙；SangHyumSeo将不同声学特性的HR矩形排列，并通过优化结构，得出一种新型声学超材料。

目前很多声学超材料综合不同材料特性设计制备的，从而加大了加工制造的工艺难度，不适合大规模生产制造。现阶段基于共振腔类的声学超材料多为尺寸较大的腔体，占用空间较大，不能满足常规使用环境。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构，适用于宽频域低频降噪，单一的基体材料，加工工艺简单，整体密度小，实现了轻量化，适合于实际的生产制造以及工程应用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构，包括若干个单元，所述两个大小不同的开缝方形共振腔嵌套为一个单元，外侧开缝方形共振腔逆时针设置四个方向的开缝口与内侧开缝共振腔组合阵列为包含四个单元的晶格，单元之间通过连接体连接；以四个单元作为一个晶格进行横向和纵向的二维阵列；每列对应的嵌套开缝共振腔单元开口方向一致，一个晶格横向四个开缝共振腔开口方向逆时针交替设置。

作为优选，所述开缝结构的几何形状为矩形。

作为优选，所述单个嵌套开缝共振腔单元和连接体为同一材料制成，通过3D打印制备。

有益效果：本发明的一种嵌套开缝共振腔型声学超材料结构，与现有的声学超材料相比具有以下优点：

(1)加工制备工艺简单，整体结构是由单一的基体材料构成，可采用3D打印技术制备，与传统的局域共振型声学超材料的生产制备方法相比，具有加工工艺简单，基体材料单一，工艺简单，制备成本低廉，工艺生产过程节能环保，适合大批量生产制造等优点。

(2)实现了结构的轻量化，超材料内部为空腔结构，整个声学超材料的整体密度是基体材料密度的42.98％。

(3)与其它声学超材料相比，本发明晶格尺寸小，周期排列之后也具有较小的厚度，便于实际工程应用中的安装降噪使用。