[发明专利]一种含共振单元的带隙可调减振超材料及其制作方法

说明书

本发明公开的一种含共振单元的带隙可调减振超材料，属于振动控制技术领域。本发明由具有局域共振特性的胞元在某一方向阵列排布。胞元为负泊松比结合弹簧振子结构，主要由外部负泊松比结构外框架、连接处S形弹簧结构、圆柱形振子、圆环组成。圆柱形振子嵌入负泊松比结合弹簧振子结构中心位置圆环内，并通过S形弹簧与负泊松比结构外框架的对称中心线处相连接。内部S形弹簧结构和圆环结构通过刚性连接。圆环结构和圆柱形振子采用过盈配合。负泊松比结构外框架为聚醚醚酮、聚乳酸、铝合金等低密度材料，圆柱形振子采用高密度金属纯钨。本发明在带隙范围内振动沿着某预定方向的波传播被禁止，实现减振。

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，涉及一种基于局域共振机理的具有带隙可调的减振超材料结构。

背景技术

局域共振声学超材料是具有弹性波带隙特征的周期性复合材料或结构。具体来说局域共振声学超材料是由两种或两种以上介质组成的具有弹性波带隙特性的周期性复合材料或结构，它的一个鲜明特征是当弹性波在局域共振声学超材料中传播时，受内部周期结构的作用，可以形成特殊的色散关系，色散曲线之间的频率范围称为带隙。在带隙频率范围内，弹性波传播将会被抑制。

局域共振机理认为，在特定频率的弹性波激励下，散射体单元产生共振，并与入射波相互作用，使其局域在散射体单元周围。禁带的产生主要归因于散射体单元本身的结构与弹性波的相互作用。因此对于符合局部共振机理的声学超材料，禁带与散射体单元的固有振动特性密切相关，与散射体的周期性关系不大。传统局域共振声学超材料主要由多相材料构成，且组成的材料本征属性差异较大，来实现较好的带隙减振效果，同时满足小尺寸结构实现低频宽带目标，为减振降噪结构设计打开了新的设计思路。

发明内容

本发明主要目的是提供一种含共振单元的带隙可调减振超材料及其制作方法，通过在结构中嵌入纯钨振子增大共振单元质量，能够获得较低频率的带隙范围，同时采用低密度高强的材料作为基体，兼具轻量化和良好的承载特性。所述含共振单元的带隙可调减振超材料在带隙范围内，振动沿着某预定方向的波传播被禁止，从而起到良好的减振效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开的一种含共振单元的带隙可调减振超材料，由具有局域共振特性的胞元在某一特定方向进行阵列排布，将所述某一特定方向定义为X方向。所述胞元为负泊松比结合弹簧振子结构，主要由外部负泊松比结构外框架、连接处S形弹簧结构、圆柱形振子、圆环组成。圆柱形振子嵌入负泊松比结合弹簧振子结构中心位置圆环内，并通过S形弹簧与负泊松比结构外框架的对称中心线处相连接。

内部S形弹簧结构和圆环结构通过刚性连接。圆环结构和圆柱形振子采用过盈配合。

作为优选，负泊松比结构外框架为聚醚醚酮(PEEK)材料，圆柱形振子采用金属纯钨。

通过调控圆柱形振子尺寸实现带隙范围的上下调控，利用圆柱形振子局域共振特性实现小尺寸结构获得较低频率的带隙。

通过选取外部负泊松比结构外框架材料能够调节带隙范围。可降解的生物质材料聚乳酸(PLA)带隙范围相比PEEK材料降低，从而获得更低的带隙频段。铝合金AlSi10Mg材料作为较低密度金属材料，起到承载和减振的作用，更有利于工程应用。

通过调节S形弹簧结构材料及其有效圈数调节带隙范围。

作为优选，所述胞元通过3D打印方式制备。

有益效果：