一种径向周期环状局域共振声子晶体圆盘的制作方法

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种径向周期环状局域共振声子晶体圆盘。

背景技术：

在工业生产和工程的各个领域，都存在着机械振动的有害问题，这些问题会引起巨大的损失，给人类的生产生活带来难以想象的问题。特别是在机械传动过程中，所产生的振动会影响机械零件的工作性能，使生产造成极大影响。其中作为传动的圆盘类结构存在极大的振动问题，对零件的加工精度有一定的影响。而传统的声子晶体圆盘用单一材料组成，无法实现控制低频的振动。

声子晶体是一种周期性人工声学功能材料，在一定频率范围内能阻止弹性波的传播。1993年，首次提出了声子晶体概念。目前，声子晶体的带隙机制有两种，布拉格散射型和局域共振型带隙机制。2000年，首次提出了局域共振型声子晶体的概念，由三种不同的材料构成的声子晶体突破了布拉格散射体存在的局限，使用较小的结构可以产生低频的带隙。近年来，局域共振型声子晶体具有其低频带隙的特性优势吸引了众多学者的研究，相继提出不同结构的局域共振声子晶体，研究其产生低频的带隙特性，但其包覆层与基体和散射体的接触面较小，整体结构很难具有一定的强度，并且加工制造难度会增加、加工成本也会随之上升。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种径向周期环状局域共振声子晶体圆盘，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种径向周期环状局域共振声子晶体圆盘，包括若干圆环形结构，若干圆环形结构径向同心排列形成圆盘；圆环形结构任意位置的截面包括外壳结构、内芯结构和三角形连接体；外壳结构的内部同轴设置有内芯结构，内芯结构和外壳结构之间设置有若干三角形连接体。

进一步的，外壳结构截面为正方形，内芯结构截面为正八边形，三角形连接体截面为等腰直角三角形；四个三角形连接体分别设置在外壳结构的四个内直角处，且三角形连接体的斜边与内芯结构的一个边贴合。

进一步的，正八边形的内芯结构的对边距离为11-15mm；三角形连接体直角边长度为7-9mm；正方形外壳结构的最外层对边距离为18-22mm，外壳壁厚0.75-1.25mm。

进一步的，外壳结构的材料为环氧树脂；三角形连接体的材料为硅橡胶，内芯结构的材料为钢。

进一步的，圆环形结构任意位置的截面的整体结构上下左右均对称。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明局域共振径向周期环状结构声子晶体圆盘采用三种不同材料，与传统单一材料相比，产生更低的带隙；且四个连接体分布在内壳壁的四角，与外壳和中间正八边形紧密相接，具有一定的刚度。通过调节正八边形结构的对边距离以及四个三角形连接块的直角边长度可对于带隙进行调整。

本发明的局域共振圆盘在工业机械中有潜在应用价值，基于局域共振机理声子晶体圆盘结构可以产生低频带隙特性，其带隙范围可以通过四个三角形的厚度来调节，带隙频率范围的弹性波传播会被控制，从而对低频的振动进行有效控制。

附图说明

图1本发明结构示意图。

图2本发明单个环状截面示意图。

图3本发明三维实体的二维旋转示意图。

图4本发明径向周期环局域共振声子晶体圆盘的能带图。

图5本发明径向周期环局域共振声子晶体圆盘的频响函数曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图5，一种径向周期环状局域共振声子晶体圆盘，包括若干圆环形结构，若干圆环形结构径向同心排列形成圆盘；圆环形结构任意位置的截面包括外壳结构1、内芯结构2和三角形连接体3；外壳结构1的内部同轴设置有内芯结构2，内芯结构2和外壳结构1之间设置有若干三角形连接体3。

外壳结构1截面为正方形，内芯结构2截面为正八边形，三角形连接体3截面为等腰直角三角形；四个三角形连接体3分别设置在外壳结构1的四个内直角处，且三角形连接体3的斜边与内芯结构2的一个边贴合。

正八边形的内芯结构2的对边距离为11-15mm；三角形连接体3直角边长度为7-9mm；正方形外壳结构1的最外层对边距离为18-22mm，外壳壁厚为0.75-1.25mm。

外壳结构1的材料为环氧树脂；三角形连接体的材料为硅橡胶，内芯结构2的材料为钢。

圆环形结构任意位置的截面的整体结构上下左右均对称。

如图1，图2及图3所示，本发明径向周期环局域共振声子晶体圆盘的一种实施方法，正方形外壳结构1呈径向周期排列，其中，外壳正中心含有截面的正八边形结构2，正八边形结构2与外壳1之间的连接通过四个三角形连接体1，连接体2，连接体3，连接体4连接。外壳内壁对边距离为18mm,厚度为1mm，正八边形对边距离为13mm。其中外壳结构材料为环氧树脂，具体材料参数为：密度ρ1＝1180kg/m³，杨氏模量e1＝4.35mpa，泊松比μ1＝0.368；中间正八边形结构材料为钢，具体参数为：密度ρ12＝7780kg/m³,杨氏模量e12＝210gpa，泊松比μ12＝0.3；三角形连接体的材料为硅橡胶，具体参数为：密度ρ13＝1300kg/m³，杨氏模量e13＝1.175×10⁵pa，泊松比μ13＝0.469。

从图4可以看出结构在500hz以下存在一个低频完全带隙为200.1hz-472.5hz。

由此可见，本发明采用局域共振声子晶体圆盘结构可以产生更低频的带隙，对于机械传动的盘类结构的振动可以进行有效的控制。

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