[实用新型]一种多共振腔局域共振型声子晶体声屏障

说明书

本实用新型公开了一种多共振腔局域共振型声子晶体声屏障，其特征在于，每个声子晶体单元体包括外层的多开口的薄壁圆柱(1)、内层的空心棱柱(2)或空心圆柱和隔板(3)，其中，隔板(3)将外层和内层连接起来；每一个外层圆柱开口对应一个共振腔；将若干声子晶体单元体按二维晶格周期排列在基体中，形成多共振腔局域共振型声子晶体声屏障。本实用新型的二维多禁带局域共振型声子晶体声屏障具有多个禁带的频率范围，并提高了衰减效果良好的频率范围；具有设计简单，制造方便，可变性强等优点。

技术领域

本实用新型涉及声子晶体声屏障技术领域，属于轨道交通减振降噪控制领域，具体涉及具有多带隙的局域共振型声子晶体声屏障的结构设计

背景技术

交通道路在给大家的出行带来了方便的同时也带来了一系列的振动环境问题，国际上已把噪声列为七大环境公害之一。全国道路中，处在交通噪声超标问题的道路高于60％，日益严重的公路噪声污染问题己经成为公路建设中万万不可轻视的环境问题。

声子晶体是由两种或两种以上弹性介质按不同晶格周期列复合的材料。声子晶体最重要的一个特性就是带隙特性：弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系即能带结构，色散关系曲线之间的频率范围称为带隙，在这个频率范围内弹性波无法传播。声子晶体主要有布拉格散射和局域共振型。利用其带隙性质，可设计出全新隔振、降噪材料，所以声子晶体在工程领域有着广泛的应用前景。

局域共振机理认为，在特定频率的弹性波激励下，单个散射体产生共振，并与入射波相互作用，使其不能继续传播。禁带的产生主要取决于各个单散射体本身的结构与弹性波的相互作用。因此，对于符合局域共振机理的声子晶体，禁带与单个散射体固有的振动特性密切相关，与散射体的周期性及晶格常数关系不大，这对于声子晶体在低频波段的应用开辟了广阔的道路

声屏障的原理是把噪音的传播过程，即从噪声源到接收点可以看成一条直线，当我们把声屏障放置在噪声源和接收点之间时，该声屏障可以将噪音的传播路径阻断。一部分传输的声能被反射或散射回噪声源，而其他部分通过障碍物，从障碍物的边缘衍射或被材料吸收，声屏障使噪声在传播过程中有明显的附加衰减，一般可降噪5dB-15dB。

目前，局域共振型声子晶体声屏障多采用一个开口，结构图如图1所示。该类设计的局域共振声子晶体只会多一条较明显的禁带，且禁带的频率范围较窄。当弹性波(声波)通过此类设计的局域共振声子晶体时，一般只在禁带起始频率位置衰减效果较好，在禁带其他频率范围衰减效果较弱。单开口的局域共振声子晶体由于比较少的禁带和较弱的衰减效果难以满足在道路隔声中减振降噪的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种多共振腔的局域共振型声子晶体声屏障，包括外层的多开口薄壁圆柱，内层的薄壁空心棱柱或者薄壁空心圆柱，以及将它们连接起来形成多个共振腔的隔板组成的声子晶体单元结构体，多层复合的声子晶体单元结构体按二维晶格周期排列在基体(空气)中形成二维多禁带局域共振型声子晶体。

该实用新型的技术方案是提供一种多共振腔局域共振型声子晶体声屏障，其特征在于，每个声子晶体单元体包括外层多开口的薄壁圆柱、内层的空心棱柱和隔板，其中，隔板将外层和内层连接起来；每一个外层圆柱开口对应一个共振腔；将若干声子晶体单元体按二维晶格周期排列在基体中，形成多共振腔局域共振型声子晶体声屏障。

进一步地，所述声子晶体单元体内层棱柱的形状为正多边形空心棱柱。

进一步地，外层多开口的薄壁圆柱的开口数目和声子晶体单元体内层棱柱的边长数目保持一致。

进一步地，声子晶体单元体内层棱柱的顶点与外层圆柱通过隔板连接，且隔板均指向单元体轴心。

进一步地，二维晶格的排列形式为正方形、长方形或六边形。