[发明专利]带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法及其结构

权利要求书

1.一种带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法，其特征在于，包括步骤：

S1：指定功能基元组的基材、设计区域、基本拓扑构型和几何设计变量；

S2：指定超材料的所述功能基元组的能带设计区间，确定需按照Yang-Li叠加效应进行带隙叠加的频率区间数目，根据所述频率区间数目决定所述功能基元组的个数；

S3：建立各所述功能基元组的能带结构的最优化数学模型，所述最优化数学模型以承载和轻量化为约束条件；

S4：分别优化求解出具有指定频段带隙的所述功能基元组各自的设计变量值；

S5：利用所述Yang-Li叠加效应将所述功能基元组梯度叠加序构，形成所需能带设计区间的超材料或超材料结构；

S6：利用所述超材料设计带隙超材料结构，并检验所述Yang-Li叠加效应；所述带隙超材料结构包括：船舶、航空航天、汽车、建筑和机械行业使用的三明治带隙超材料夹芯板、带隙超材料夹芯梁、带隙超材料壳体、带隙超材料基座、带隙超材料肋骨、带隙声学覆盖层、带隙隔声板和带隙超材料隔振器；

S7：通过铸造、焊接、黏贴、挤压、机械切削或3D增材制造方法制造所述带隙超材料结构。

2.根据权利要求1所述的带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法，其特征在于，所述S2步骤中，根据实际减振降噪要求以及超材料功能基元基本拓扑构型的带隙分布特点和设计潜力，确定待设计所述功能基元组带隙的频段范围，按频率高低划分为N个设计频段，对应N组功能基元，按实际需求增减待设计频段与基元组数目。

3.根据权利要求1所述的带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法，其特征在于，所述S3步骤和所述S4步骤中，以指定频段内带隙总和最大化为优化目标，以承载和轻量化为约束条件，以功能基元几何参数为设计变量，建立具有指定带隙区间的各所述功能基元组的最优化设计数学模型，并求解获得指定带隙超材料。

4.根据权利要求1所述的带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法，其特征在于，所述S5步骤中，所述Yang-Li叠加效应通过对所述功能基元组的叠加序构，实现带隙超材料的减振区间为各功能基元带隙区间的线性叠加。

5.根据权利要求1所述的带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法，其特征在于，所述S6步骤中，采用结构有限元法对叠加带隙的所述超材料进行结构动力学扫频仿真计算，观察并评估所设计的叠加带隙的所述超材料在全频段内指定区间的减振降噪效果，对效果不理想的频率区间所对应的所述功能基元进行优化再修正。

6.根据权利要求1所述的带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法，其特征在于，所述S7步骤中，所述带隙超材料结构的制造方法包括：3D打印技术一体成型的制造方法和超材料芯层与超材料面板分别制造而后组装的制造方法。

7.一种带隙超材料结构，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的带隙超材料的Yang-Li叠加效应设计方法制造获得。