[发明专利]通道式超材料振子单元及其力学超材料复合结构

说明书

通道式超材料振子单元及其力学超材料复合结构，包括防护壳体、一个以上的混动模块以及支撑模块；所述一个以上的混动模块由支撑模块支撑在防护壳体内；所述混动模块包括混动通道和大量的混动颗粒，混动颗粒置于混动通道内，混动颗粒与混动通道内壁之间留有活动空间，混动颗粒的运动范围限定在混动通道内。本发明能够轻松实现能量放大，显著拓宽低频吸波频带，可克服传统人工声学微结构单元难以实现宽带吸波的不足，并且结构简单、整体刚度大、鲁棒性好。

技术领域

本发明属于先进结构功能材料振动与噪声控制新技术领域，尤其涉及一种通道式超材料振子单元及其力学超材料复合结构。

背景技术

声学超材料结构是指由特殊设计的人工声学微结构单元/元胞(如局域共振结构单元、微振子单元，或简称振子)按预定方式排列在弹性介质中构成的新型声学材料或结构，能获得自然界材料不具有的超常物理特性(如负质量密度、负折射、负模量)，可以实现对弹性波和声波的超常操控，使得其在许多领域都具有非常重要的应用价值，如吸波、声换能、声定位/探测、声透镜等方面。

人工声学微结构单元是构造声学超材料的基本单元，其直接影响着声学超材料超常物理性能的发挥。传统设计的人工声学微结构单元主要有薄膜集中质量振子、悬臂梁振子、螺旋迷宫振子、双稳态屈曲结构等，这些人工声学微结构单元在低频段具有较好的吸波性能，但是频带较窄，往往需要通过多个结构串联/并联协同设计、或增加结构尺寸/质量来拓宽宽频，这无疑增加了结构的复杂程度、制造成本，并降低了结构的可靠性，这些无疑限制了传统人工声学微结构单元的工应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的问题，设计一种通道式超材料振子单元及其力学超材料复合结构，其能够轻松实现能量放大，显著拓宽低频吸波频带，可克服传统人工声学微结构单元难以实现宽带吸波的不足，并且结构简单、整体刚度大、鲁棒性好。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种通道式超材料振子单元，包括防护壳体、一个以上的混动模块以及支撑模块；所述一个以上的混动模块由支撑模块支撑在防护壳体内；所述混动模块包括混动通道和一个以上的混动颗粒，混动颗粒置于混动通道内，混动颗粒与混动通道内壁之间留有活动空间，混动颗粒的运动范围限定在混动通道内。

作为本发明的优选实施方式，至少一个以上的混动模块中的至少一条混动通道由通道围护部、混动刚度部围合而成。

作为本发明的优选实施方式，至少一个以上的混动模块中的至少一条混动通道由通道围护部、混动刚度部和防护壳体内壁围成。

作为本发明的优选实施方式，每个混动模块均包括一条以上的混动通道。

作为本发明的优选实施方式，每个混动模块中的各条混动通道形成圆形、椭圆形或多边形的闭合回路。

作为本发明的优选实施方式，每个混动模块中的各条混动通道由支撑模块支撑在同一平面上，混动通道是由通道围护部、混动刚度部围合而成的环形通道、线段式通道、弧形段式通道或者曲线段式通道，或者由通道围护部、混动刚度部和防护壳体内壁围成的环形通道、线段式通道、弧形段式通道或者曲线段式通道。

作为本发明的优选实施方式，防护壳体内的各混动模块呈层状分布，防护壳体内的各混动模块由支撑模块支撑在不同高度，且各混动模块的四周外缘与防护壳体之间均留有活动空间。

作为本发明的优选实施方式，所述支撑模块为支撑在防护壳体与混动刚度部之间、混动刚度部与混动刚度部之间的支撑杆。

作为本发明的优选实施方式，所述混动通道的截面形状为圆形、椭圆形或多边形。

另一方面，本发明提供一种通道式超材料振子超元胞，由多个上述任一种通道式超材料振子单元组合排布而成。