阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種周期性結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)是一種減振降噪技術(shù)領(lǐng)域的減振隔聲周期性結(jié)構(gòu)材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械動(dòng)力、航空航天、船舶工程等各個(gè)領(lǐng)域中，周期性結(jié)構(gòu)是經(jīng)常遇到的一種聲學(xué)結(jié)構(gòu)。周期性結(jié)構(gòu)是由兩種或兩種以上的彈性材料按照一定的周期性組合而成的，它的一個(gè)重要特征是具有聲波帶隙，能夠使得彈性波中的某些頻率的波將不能通過(guò)，即振動(dòng)在這段頻率范圍內(nèi)的傳播得到了抑制。但是，基于布拉格散射機(jī)理的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙頻率隨周期尺寸的增加而單調(diào)降低，因此難以在較小的周期尺寸條件下得到低頻的帶隙，同時(shí)現(xiàn)有周期性結(jié)構(gòu)采用的材料均為常規(guī)均勻材料，材料的選擇范圍比較窄，導(dǎo)致不易設(shè)計(jì)和制作出針對(duì)某特定頻率范圍的減振降噪結(jié)構(gòu)，這對(duì)其在低頻減振降噪方面的應(yīng)用不利。
[0003]現(xiàn)有解決方法包括:(I)基于局域共振機(jī)理的周期性結(jié)構(gòu)(《Science》(2000年289期))。該結(jié)構(gòu)認(rèn)為在特定頻率的彈性波激勵(lì)下，單個(gè)散射體產(chǎn)生共振，并與入射波相互作用，使其不能繼續(xù)傳播，該結(jié)構(gòu)得到的帶隙頻率比較低，但缺點(diǎn)是帶隙內(nèi)對(duì)彈性波有效衰減比較小。(2)采用功能梯度材料的聲子晶體(《功能材料》(2010年41期))。該結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)功能梯度材料周期性排列成聲子晶體，一個(gè)周期內(nèi)功能梯度材料滿足對(duì)稱分布，該結(jié)構(gòu)有效避免聲子晶體中的疲勞、應(yīng)力集中等問(wèn)題，雖然在帶隙表現(xiàn)上相對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)的帶隙起始頻率有所降低，但帶隙起始頻率的降低范圍有限，同時(shí)帶隙寬度也隨之減小，在相同范圍內(nèi)出現(xiàn)更多通帶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于低頻減振降噪方面應(yīng)用的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]它是由阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)按周期性排列組成的周期性結(jié)構(gòu)。
[0007]所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料為在厚度方向上其阻抗值隨著厚度的變化單調(diào)增加的功能梯度材料，阻抗值變化范圍為lX106kg/[s.m2]至10X106kg/[s.m2]，厚度為 0.02m。
[0008]所述均勻介質(zhì)為內(nèi)部阻抗值相同的介質(zhì)，均勻介質(zhì)阻抗值的范圍為大于35 X 106kg/ [s.m2]，均勾介質(zhì)厚度為 0.06m。
[0009]阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勾介質(zhì)之間由粘結(jié)劑互相粘合構(gòu)成一個(gè)周期，每個(gè)周期之間再由粘結(jié)劑互相粘合構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)，所述周期性結(jié)構(gòu)至少包括6個(gè)周期。
[0010]所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
[0012]1、本發(fā)明可以通過(guò)較小的周期性尺寸得到起始頻率較低、帶寬較寬的低頻帶隙，適用于低頻減振降噪方面的應(yīng)用，
[0013]2、本發(fā)明具有制作工藝簡(jiǎn)單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料的阻抗分布；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中由橡膠和銅組成的傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)與采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙對(duì)比結(jié)果；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料的阻抗分布；
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中帶隙由橡膠和銅組成的傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)與采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙對(duì)比結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]結(jié)合圖1，采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)包括阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料I和均勻介質(zhì)2，所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期排列成周期性結(jié)構(gòu)，所述周期性結(jié)構(gòu)至少需6層，采用粘結(jié)劑將它們互相粘合起來(lái)。選用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料為在厚度方向上其阻抗值隨著厚度的變化單調(diào)增加的功能梯度材料，所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料阻抗值的變化范圍為lX106kg/[s.m2]至1X 106kg/[s -m2]，阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料的厚度為0.02m ;選用均勻介質(zhì)為內(nèi)部阻抗值相同的介質(zhì)，均勾介質(zhì)的阻抗至少大于35X 106kg/[s.ηι2]，均勾介質(zhì)厚度為0.06m。采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的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。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例選用均勻介質(zhì)為銅，阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和銅都為圓柱形，銅的阻抗為46.25X 106kg/[s -m2]，阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料的阻抗分布如圖2所示。圖3為由橡膠和銅組成的傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)與阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和銅組成的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙對(duì)比結(jié)果?？梢钥闯?，傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)的帶隙起始頻率為7.5kHz，截止頻率為35kHz，帶隙寬度為27.5kHz，而采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和銅組成的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙起始頻率為1kHz，截止頻率為帶隙寬度38kHz，帶隙寬度為37kHz，其帶隙起始頻率大大低于采用傳統(tǒng)介質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)，同時(shí)帶隙寬度也要更寬，因此采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)能獲得較好的低頻帶隙特性。
[0023]實(shí)施例2
[0024]本實(shí)施例選用均勻介質(zhì)為銅，阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和銅都為圓柱形，改變阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料的阻抗值，使其阻抗分布滿足線性遞增分布，如圖4所示。圖5為由橡膠和銅組成的傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)與阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和銅組成的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙對(duì)比結(jié)果?？梢钥闯?，傳統(tǒng)周期性結(jié)構(gòu)的帶隙起始頻率增大為8.5kHz，截止頻率增大為45kHz，帶隙寬度為36.5kHz，而阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和銅組成的周期性結(jié)構(gòu)的帶隙起始頻率為0.5kHz，截止頻率為帶隙寬度49kHz，帶隙寬度為48.5kHz，同樣采用阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)能獲得較好的低頻帶隙特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是它是由阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)按周期性排列組成的周期性結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料為在厚度方向上其阻抗值隨著厚度的變化單調(diào)增加的功能梯度材料，阻抗值變化范圍為lX106kg/[s.m2]至10X106kg/[s.m2]，厚度為 0.02m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:所述均勻介質(zhì)為內(nèi)部阻抗值相同的介質(zhì)，均勻介質(zhì)阻抗值的范圍為大于35 X 106kg/ [s.m2]，均勾介質(zhì)厚度為 0.06m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)之間由粘結(jié)劑互相粘合構(gòu)成一個(gè)周期，每個(gè)周期之間再由粘結(jié)劑互相粘合構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)，所述周期性結(jié)構(gòu)至少包括6個(gè)周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)之間由粘結(jié)劑互相粘合構(gòu)成一個(gè)周期，每個(gè)周期之間再由粘結(jié)劑互相粘合構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)，所述周期性結(jié)構(gòu)至少包括6個(gè)周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料，其特征是:所述阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)材料。它是由阻抗連續(xù)變化的功能梯度材料和均勻介質(zhì)按周期性排列組成的周期性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以通過(guò)較小的周期性尺寸得到低頻帶隙，制作工藝簡(jiǎn)單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，材料的選擇范圍較寬，適用于低頻減振降噪方面的應(yīng)用。
【IPC分類】G10K11-162
【公開號(hào)】CN104810014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510112319
【發(fā)明人】胡博, 楊德森, 時(shí)勝國(guó), 時(shí)潔, 朱中銳, 張攬?jiān)? 孫玉, 方爾正, 王開舉
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日