一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置的制作方法

本发明涉及一种点阵夹芯板结构的实验装置，具体涉及一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置，属于机械实验装置技术领域。

背景技术：

声学超材料是一种基于局域共振机理的声子晶体(周期结构)，其内部包含周期排布的机械或机电共振元，其具有耗散、吸收、转换振动和噪声能量的作用。声学超材料能够产生低频带隙，具备以小尺寸结构控制大波长低频振动和噪声的特殊功能。

其中，点阵夹芯型声学超材料具有轻质高强等优异特点，而局域共振型声学超材料能够实现以小尺寸晶格获得低频带隙的目的，即现有的声学超材料结构无法实现轻质高强与形成低频禁带的特性，振动控制效果不佳。

技术实现要素：

本发明为解决现有的声学超材料结构无法实现轻质高强与形成低频禁带的特性，振动控制效果不佳的问题，进而提供一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明包括上板体和下板体，上板体和下板体由上至下依次水平设置设置，所述一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置还包括多个支撑单元，多个支撑单元呈矩阵状设置在上板体的下表面和下板体的上表面之间。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用双层板体结构，与传统的梁结构和单层板结构相比，承重能力更好，双层板中间的镂空结构，使整个超材料板有轻质高强的特点；

2、本发明将点阵夹芯与吸振器组件结合起来，使本结构具有更高强度与稳定性的同时，还可以实现对低频振动的抑制作用；

3、通过改变空心管中的弹簧刚度，与变截面振子的质量，可以获得不同位置、不同宽度的禁带，进而可以研究禁带与吸振器刚度和重量之间的关系；

4、通过装配具有不同材料参数的上、下板体，可以研究不同材料的超材料板的带隙测量与调节；

5、本发明结构简单、调节方便，制造所用碳纤维、不锈钢等材料易得、造价低廉，节能环保，节约资源并为科研节约经费。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2的右视图；

图5是吸振器组件的结构示意图；

图6是吸振器组件的主视图；

图7是图6的俯视图；

图8是变截面圆柱型振子的主视图；

图9是图8的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述的一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置，它包括上板体1和下板体2，上板体1和下板体2由上至下依次水平设置设置，所述一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置还包括多个支撑单元3，多个支撑单元3呈矩阵状设置在上板体1的下表面和下板体2的上表面之间。

上板体1和下板体2组成双层板结构，具有更加优异的承重性能，其中支撑单元3与上、下板体通过粘接的方式连接。上板体1的下表面和下板体2的上表面沿其长度和宽度方向均设有多个连接点，每个连接点与每个吸振器组件的上端或下端相对应。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式多个支撑单元3组成的矩阵的行数为m，多个支撑单元3组成的矩阵的列数为n，所述m和n均是正整数。操作者可以根据不同的实验需要选择支撑单元3的数量，以达到最佳的实验效果。

其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述每个支撑单元3由四个吸振器组件组成，四个所述吸振器组件呈金字塔形设置。

其它组成以连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图5至图7说明本实施方式，本实施方式所述每个吸振器组件包括吸振器上端3-1、上弹簧3-2、变截面振子3-3、下弹簧3-4、吸振振器下端3-5和空心圆柱管3-6，上弹簧3-2、空心变截面振子3-3和下弹簧3-4由上至下依次插装在空心圆柱管3-6内，吸振器上端3-1与吸振器上弹簧3-2的上端连接，吸振器下端3-5与下弹簧3-4的下端连接。

可以对上弹簧3-2及下弹簧3-4的长度和刚度进行调节，以获得不同长度、不同刚度的支撑单元3，进而通过改变支撑单元3的固有频率，来获得不同位置、不同宽度的禁带，进而可以研究禁带与吸振器固有频率之间的关系；

通过改变变截面振子3-3的重量，可以获得不同位置、不同宽度的禁带，进而可以研究禁带与吸振器所占比重之间的关系。

其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式所述所述变截面振子3-3包括变截面振子上端3-3-1、变截面振子中端3-3-2和变截面振子下端3-3-3，变截面振子上端3-3-1、变截面振子中端3-3-2和变截面振子下端3-3-3由上至下依次同轴设置。

其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式五：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式所述：所述变截面振子上端3-3-1、变截面振子中端3-3-2和变截面振子下端3-3-3均圆柱体，且变截面振子上端3-3-1和变截面振子下端3-3-3的截面相同，变截面振子中端3-3-2的截面大于变截面振子上端3-3-1和变截面振子下端3-3-3的截面。

设计成不同截面，可以使振子的上端3-3-1和振子的下端3-3-3更好的与弹簧相配合。

工作原理：

基于局域共振原理，实验时对超材料板表面上的一点施加正弦激励，实验过程中调节正弦激励的频率，当激励频率达到吸振器结构的固有频率时，吸振器结构就会产生特定频率的振动，吸振器结构的振动与板表面结构的正弦激励振动相互影响，达到吸收，耗散振动能量的作用。

实验过程中，可以通过参数化设计调节超材料板的带隙以获得频率不同以及带宽更宽的带隙，从而增加带隙的可调性并控制振动或弹性波的传播。具体操作如下：实验时，当保证上弹簧3-2与下弹簧3-4长度、刚度、材料以及变截面振子3-3重量相同等条件下，更换不同材料、厚度的上板体1、下板体2，可以获得起始频率相同，不同宽度的带隙；当保证上板体1、下板体2长度、厚度以及材料相同，上弹簧3-2、下弹簧3-4长度、刚度相同等条件下，更换不同重量的变截面振子3-3，可以获得起始频率不同，不同宽度的带隙，其本质是改变吸振器结构的质量，从而改变吸振器结构的固有频率，达到调节带隙的作用；当保证上板体1、下板体2，变截面振子3-3相同等条件下，更换不同长度或不同刚度的上弹簧3-2、下弹3-4，可以获得起始频率不同，宽度相同的带隙，其本质是改变吸振器结构的刚度，从而改变吸振器结构的固有频率，达到调节带隙的作用。

通过本文中一种包覆型局域共振轻质点阵夹芯板结构的实验装置结构，在大幅度提升结构本身刚度，并且减轻重量的同时，还可以有效地对特定频率沿板面进行传播的弹性波进行抑制。与传统的局域共振型声学超材料进行对比，本结构具有厚度薄、强度高、质量轻、成本低方便利用等点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。