[发明专利]一种梯度锯齿状超材料梁结构及梁/板结构宽频隔振器

说明书

本发明属于宽频隔振技术领域，具体涉及一种梯度锯齿状超材料梁结构。该梯度锯齿状超材料梁结构，设于超材料梁本体上，包括多个由所述超材料梁本体向上拱起形成的呈锯齿形状排列的“几”字形梁胞元，其中，所述梁胞元的高度沿所述超材料梁本体的轴向呈梯度上升或下降。本发明还公开了基于该梯度锯齿状超材料梁结构的梁/板结构宽频隔振器。该结构应用到超材料梁上时，相较于现有技术可以起到更好地宽频率隔振作用。

技术领域

本发明属于宽频隔振技术领域，具体涉及一种梯度锯齿状超材料梁结构及梁/板结构宽频 隔振器。

背景技术

声子晶体和超材料是两类人工结构材料，它们的特别之处是能带结构中存在完全禁带， 处于禁带中的波不能透过声子晶体和超材料。因此，这类材料在结构减振、隔振和降噪等领 域有重要的应用潜力。但是目前已有的这些声子晶体和超材料的禁带宽度都很有限，严重制 约着它们的实际应用。因此，提高它们的禁带宽度是这个领域当前最核心的一个问题。

现有技术中，已经被提出的一种“声子晶体梁”结构，包含多个“几”字形的梁胞元，呈锯齿形状排列，每一梁胞元的高度均等；这一梁结构可以应用在超材料上用来增加禁带宽 度，然而，试验和计算均证明，这一结构加宽了超材料梁的能带结构中的禁带，但能带结构 中禁带和通带交替出现，频率处在通带中的波仍可以通过这一结构被传播出去，也就是说上 述结构仍无法做到宽频隔振。

发明内容

本发明专利针对上面指出的声子晶体和超材料目前存在的问题，提出了一种高度梯度变 化的锯齿状超材料梁结构，将波局限在一些局部区域，不能传播，具有更好的隔振效果。

本发明中的梯度锯齿状超材料梁结构，设于超材料梁本体上，包括多个由所述超材料梁 本体向上拱起形成的呈锯齿形状排列的“几”字形梁胞元，其中，所述梁胞元的高度沿所述 超材料梁本体的轴向呈梯度上升或下降。

进一步的，所述梁胞元的材质厚度与超材料梁本体一致。

进一步的，所述梁胞元上的转折处均为直角。

进一步的，所述梁胞元的宽度a＝2(h+l)，其中h表示超材料梁本体的厚度，l为梁胞 元的上拱部分内部的宽度。

进一步的，相邻两个梁胞元的高度差至少为0.8倍超材料梁本体的厚度。

进一步的，所述梁胞元的高度依照如下表达变化：

H_i＝[1+(i-1)×α]×2h，(i＝1，2，……N)；

其中H_i表示第i个梁胞元的高度，α为一常数，用于决定梯度变化的程度；h表示超材 料梁本体的厚度。

进一步的，常数α≥0.4。

进一步的，所述梁胞元的数量至少为6个。

本发明还提出了一种超材料梁，该超材料梁上设有一组或多组前述的梯度锯齿状超材料 梁结构。

本发明还提出了一种梁/板结构宽频隔振器，包括了前述的超材料梁。

本发明专利提出了一种高度梯度变化的锯齿形超材料梁结构，结构简单，易于制造。能 带结构计算表明这种梯度锯齿形超材料梁结构的能带结构在一个很宽的频率范围内完全由平 带组成，而不是由通常的通带和禁带组成。这些平带由局域共振产生，处于平带位置的波将 被局限在梯度锯齿形超材料梁的一些局部区域，不能传播，相较于现有技术,专利提出的梯度 锯齿状超材料梁结构可以起到更好的宽频隔振作用，进而可以制造出隔振效果更好的梁/板结 构宽频隔振器。

附图说明

图1为现有技术中的等高锯齿状超材料梁结构(a部分)以及本发明实施例中梯度锯齿 形超材料梁结构(b部分)的结构示意图。