專利名稱：二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種隔音材料結(jié)構(gòu)，特別涉及一種二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
人們在光子晶體的研究方面已取得了重大進展，鑒于聲子晶體與光子晶體的類比性，近十年來，聲子晶體逐漸成為了新的研究熱點。聲子晶體的一個重要特征是其聲波帶隙，即在該帶隙頻率范圍內(nèi)彈性波(聲波)不能通過聲子晶體。這一特性使得聲子晶體具有廣闊的實際應用前景，比如，我們可以根據(jù)這一新思想和新理論設計和制造出一種全新的隔音隔振功能材料。聲子晶體材料可望在環(huán)保和建筑工業(yè)中得到廣泛應用。
目前的隔音材料大多是常規(guī)阻尼材料，其結(jié)構(gòu)一般是單層結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)或通過填充高性能纖維、高阻尼聚合物并進行特殊的混雜布置而形成的夾層結(jié)構(gòu)，其設計和制作依據(jù)是質(zhì)量定律和材料的內(nèi)阻尼理論等。然而，這種傳統(tǒng)的隔音技術(shù)在有的場合不太適應，其隔音效果不是很理想，材料物質(zhì)的選擇范圍也比較窄，而且不易設計和制作出征對某特定頻率范圍進行隔音的隔音材料。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種新型隔音材料結(jié)構(gòu)，它由兩種或兩種以上的彈性介質(zhì)按周期性結(jié)構(gòu)排列組成，即所說的聲子晶體結(jié)構(gòu)。
本實用新型的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，由相互平行的剛性柱體在空氣中按二維晶格周期排列組成，每-相同規(guī)格的剛性柱體至少需五層，且由兩種或兩種以上晶格常數(shù)不同的多層單元層疊組成。排列晶格可以是平行四邊形、矩形、正方形或正六角形。剛性柱體橫截面形狀可以為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形等各種形狀。剛性柱體可做成中空結(jié)構(gòu)。剛性柱體橫截面形狀為正方形且按正方形晶格排列，剛性柱體的體積份數(shù)約為80％、柱體方位與晶格方位成26.56°夾角。上述各剛性柱體間通過加連接物將它們相互固定。上述各剛性柱體剛好相互觸及時，用粘結(jié)劑將它們相互粘合起來。
聲子晶體中聲波帶隙的產(chǎn)生和大小主要受以下因素影響一、組成介質(zhì)的質(zhì)量密度、彈性常數(shù)、聲波速度等物理參數(shù)；二、分散介質(zhì)的幾何形狀、體積分數(shù)和排列方位；三、晶體的排列結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)和改變這些因素即可設計出我們所需要的帶隙結(jié)構(gòu)材料。
基于上述三方面因素的考慮及現(xiàn)實可行性要求，宜選擇一種剛性物質(zhì)分散于空氣中而構(gòu)成聲子晶體隔音材料。比如，將相互平行的金屬柱體或混凝土柱體在空氣中作周期排列而構(gòu)成的二維聲子晶體。由五層剛性柱體構(gòu)成的聲子晶體具有很好的隔音效果。當然，層數(shù)越多其隔音性能勢必越好，但如此一來材料的厚度也會增大。另外，由于在其它參數(shù)相同的條件下，聲波帶隙頻率與晶格常數(shù)成反比關系。因此，要阻隔低頻段聲波，所設計的晶體的晶格常數(shù)須比較大。而要阻隔各個頻段的聲波，可將晶格常數(shù)不同的幾個多層結(jié)構(gòu)層疊在一起而構(gòu)成。因為在實際使用中對材料的厚度通常都有限制，所以，這種二維聲子晶體隔音材料適合于對中高頻段聲波進行隔音的場合，比如，可用于做加工廠或某些娛樂場所的隔音墻。
本實用新型所提供的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其隔音機理與制作方式與傳統(tǒng)的隔音材料完全不同，可打破質(zhì)量定律等限制。對制作材料的選擇范圍也比較廣，可利用各種金屬、非金屬、聚合物等，將幾種普通材料進行一定的排列組合即可設計出一種具有新用途的功能材料。而且，這種新型隔音材料隔音效果好，制作工藝簡單，可設計性強。


圖1為實施例1的橫截面示意圖；圖2為實施例1中兩種不同晶格常數(shù)的聲波帶隙頻率范圍；圖3為實施例2的橫截面示意圖；圖4為實施例2的成品示意圖；圖5為實施例2中兩種不同晶格常數(shù)的聲波帶隙頻率范圍。
具體實施方式
對于由剛性柱體分散于空氣中所形成的二維聲子晶體，柱體橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形、六邊形等，排列格子也可以取平行四邊形、矩形、正方形或六角形等二維晶格。各柱體間可通過加一些連接物將它們固定，當各柱體剛好相互觸及時，也可用粘結(jié)劑將它們粘合起來。晶格常數(shù)大的二維聲子晶體用于阻隔低頻段聲波，晶格常數(shù)小的用于阻隔高頻段聲波。各相同規(guī)格的柱體至少取五層，將兩個或兩個以上晶格常數(shù)不同的這種多層結(jié)構(gòu)層疊在一起組成。因為帶隙結(jié)構(gòu)與剛性柱體是否空心無關，所以，對于橫截面較大的柱體可做成中空結(jié)構(gòu)，中空部分的比率可由材料所需承受的力學荷載而確定。
實施實例1本實施例選擇的是鋁合金(其彈性參數(shù)為密度ρ＝2.80×103Kg/m3，縱波波速Cl＝6.342×103m/s，橫波波速Ct＝1.139×103m/s)圓柱體在空氣背景中按正三角形(可歸屬于平行四邊形)晶格排列的情形。圖1為本實施例的橫截面示意圖，它由兩個五層結(jié)構(gòu)單元組成，各圓柱體間緊密排列，其中圓柱體1的半徑為0.5cm，圓柱體2的半徑為6.0cm，3為柱體的排列晶格，圓柱體內(nèi)4為中空部分，5為柱體間的空隙部分。此隔音結(jié)構(gòu)的總厚度約為30.3cm，可阻隔垂直入射聲波的頻率范圍約為910Hz-60KHz。如圖2所示，標示a和b分別表示晶格常數(shù)為1.0cm和6.0cm的聲波帶隙頻率范圍。
實施實例2經(jīng)計算比較發(fā)現(xiàn)，二維聲子晶體的最優(yōu)結(jié)構(gòu)(即帶隙最低、最寬時)為柱體橫截面形狀為正方形、按正方形格子排列且柱體的體積份數(shù)比約為80％、柱體方位與品格方位成26.56°夾角。本實施例即采用此最優(yōu)結(jié)構(gòu)，所選材料同實施例1。圖3為本實施例的橫截面示意圖，由兩個五層結(jié)構(gòu)單元組成，其中方柱體7的邊長為0.8cm，方柱體8的邊長為5.0cm，9為柱體的排列晶格，方柱體內(nèi)10為中空部分，11為柱體間的空隙部分，12表示柱體間粘接部分寬度，為柱體橫截面邊長的一半，方柱體與晶格方向的夾角13為26.56°。圖4是此實施例的成品示意圖，此隔音結(jié)構(gòu)的總厚度約為32.5cm，可阻隔垂直入射聲波的頻率范圍約為780Hz-36KHz。如圖5所示，標示c和d分別為柱體橫截面邊長為0.8cm(晶格常數(shù)為0.894cm)和5.0cm(晶格常數(shù)為5.590cm)的聲波帶隙頻率范圍。
權(quán)利要求1.一種二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，由相互平行的剛性柱體在空氣中按二維晶格周期排列組成，其特征在于每一相同規(guī)格的剛性柱體至少需五層，且由兩種或兩種以上晶格常數(shù)不同的多層單元層疊組成。
2.如權(quán)利要求1所述的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其特征在于排列晶格可以是平行四邊形、矩形、正方形或正六角形。
3.如權(quán)利要求1所述的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其特征在于剛性柱體橫截面形狀可以為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
4.如權(quán)利要求1或3所述的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其特征在于剛性柱體可做成中空結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其特征在于剛性柱體橫截面形狀為正方形且按正方形晶格排列，剛性柱體的體積份數(shù)約為80％、柱體方位與晶格方位成26.56°夾角。
6.如權(quán)利要求1所述的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其特征在于上述各剛性柱體間通過加連接物將它們相互固定。
7.如權(quán)利要求1所述的二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，其特征在于上述各剛性柱體剛好相互觸及時，用粘結(jié)劑將它們相互粘合起來。
專利摘要本實用新型公開了一種二維聲子晶體隔音結(jié)構(gòu)，它由相互平行的剛性柱體在空氣中按二維晶格周期結(jié)構(gòu)排列組成；為有效阻隔聲波，每一結(jié)構(gòu)模式至少須五層柱體；為拓寬聲波帶隙頻率范圍，將幾種晶格常數(shù)不同的結(jié)構(gòu)層疊組合在一起，二維聲子晶體結(jié)構(gòu)隔音材料隔音效果好，制作工藝簡單，可設計性強，適合于阻隔中高頻段聲波或做隔音墻體材料。
文檔編號G10K11/162GK2785091SQ200420102759
公開日2006年5月31日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者吳福根, 鐘蘭花, 張欣, 鐘會林, 李小玲, 鐘韶 申請人:廣東工業(yè)大學