[发明专利]一种基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体

说明书

本发明公开了一种基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体，包括：沿着声子晶体的中心轴方向排列的第一元胞单元至第N元胞单元；任意一个第k元胞单元包括第k均截面梁段和第k变截面梁段，第k变截面梁段朝向第k均截面梁段一侧的端面面积等于第k均截面梁段的横截面面积，自第k变截面梁段朝向第k均截面梁段的一侧至第k变截面梁段背向第k均截面梁段的一侧的方向上，第k变截面梁段的横截面面积递减；第k₁元胞单元中的第k₁变截面梁段与第k₂元胞单元中第k₂均截面梁段连接，第k₁变截面梁段朝向第k₂均截面梁段的一侧的端面面积小于第k₂均截面梁段的横截面面积。基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体能实现低频宽带减振。

技术领域

本发明涉及声子晶体技术领域，具体涉及一种基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体。

背景技术

随着声子晶体(PCs)为代表的声学超材料的出现，周期结构在隔振、噪声控制和振动控制等领域也得到了广泛的关注。研究发现，弹性波在周期型复合材料和结构中传播时，由于弹性波在周期结构内部和边界发生的横波纵波转化和干涉相消等相互作用，最终在通过晶体时呈现独特的频散关系，被称为能带结构，而相对应的能带结构中禁带区域内的频率范围称为带隙。振动以某种频率的波的形式在声子晶体中传播时，如果该频率落在带隙范围内，将出现振动衰减。声子晶体带隙产生的机理主要包括：布拉格散射和局域共振。由于布拉格散射型带隙频率相对应的波长和晶胞尺寸在同一数量级，使其很难得到低频区域的带隙，而局域共振带隙在低频区域但带隙间隙很窄。

当前，声子晶体无法实现低频宽带减振。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体，利用梯度声学黑洞结构的宽频特性和声黑洞效应，以解决现有技术中声子晶体无法实现低频宽带减振的问题。

本发明提供一种基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体，包括：沿着声子晶体的中心轴方向依次排列的第一元胞单元至第N元胞单元，N为大于或等于2的整数；任意一个第k元胞单元包括沿着声子晶体的中心轴方向排布的第k均截面梁段和第k变截面梁段，第k变截面梁段与第k均截面梁段连接，第k均截面梁段和第k变截面梁段均关于声子晶体的中心平面对称，第k变截面梁段朝向第k均截面梁段一侧的端面面积等于第k均截面梁段的横截面面积，自第k变截面梁段朝向第k均截面梁段的一侧至第k变截面梁段背向第k均截面梁段的一侧的方向上，第k变截面梁段的横截面面积递减；k为大于或等于1且小于或等于N的整数；第k₁元胞单元中的第k₁变截面梁段与第k₂元胞单元中第k₂均截面梁段连接，第k₁变截面梁段朝向第k₂均截面梁段的一侧的端面面积小于第k₂均截面梁段的横截面面积，k₂＝k₁+1，k₂为大于或等于2且小于或等于N的整数。

可选的，第k变截面梁段包括相对设置的第k个第一变截面侧壁和第k个第二变截面侧壁、以及相对设置的第k个第三变截面侧壁和第k个第四变截面侧壁，第k个第一变截面侧壁、第k个第二变截面侧壁、第k个第三变截面侧壁和第k个第四变截面侧壁环绕所述声子晶体的中心轴，第k个第一变截面侧壁和第k个第二变截面侧壁平行且与声子晶体的中心轴方向平行，自第k变截面梁段朝向第k均截面梁段的一侧至第k变截面梁段背向第k均截面梁段的一侧的方向上，第k个第三变截面侧壁和第k个第四变截面侧壁之间的距离递减。