一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料

本发明属于声子晶体和声学超材料实现振动控制，尤其涉及一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料。

背景技术：

1、手性结构在静力学、动力学都具有良好的特性，近年来已成为材料研究的热点问题，将手性结构的基本形式与超材料理论结合，有望为结构减振降噪提供一种新的设计思路与实现方式。与其相关的专利有：西北工业大学提出的具有预定负泊松比特性的手性超材料结构的设计方法(申请号：202011232458.1)；中国船舶重工集团公司第七一九研究所提出的一种基于手性结构的抗冲击锁能隔振装置(申请号：202111374365.7)；哈尔滨工程大学提出的一种兼具高承载、低宽频抑振性能的三维手性声学超材料(申请号：202111151050.6)；上海工程技术大学提出的一种手性声学超材料板的结构设计方法(申请号：202110922240.7)；中国人民解放军国防科技大学研究提出一种基于手性结构的水声隔声超材料(申请号：202210288730.0)；西安交通大学提出的一种压扭非对称手性声子晶体(申请号：202310634379.0)。

2、手性结构在研究和应用中具有一定的局限性，手性结构的有效性通常受限于特定频率范围。在其他频率范围内，手性效应可能不明显或不适用，而且手性结构的设计和制备可能会影响声学超材料的强度和稳定性。由于手性结构通常包含微小的细节和薄壁结构，其抗压和抗剪强度可能较低。在应用中，这可能成为一个限制因素。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，以解决上述问题，达到可有效地获得较宽频率范围的低频带隙并具有一定承载能力的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，由若干声子晶体阵列排布连接而成，

3、所述声子晶体包括六手性结构，所述六手性结构包括中心圆环和六组倾斜胞壁，六组所述倾斜胞壁的一端分别与所述中心圆环的侧壁固定连接，且所述倾斜胞壁与所述中心圆环相切，六组所述倾斜胞壁的同侧分别固定连接有环布圆环，一所述六手性结构上的一所述倾斜胞壁与另一所述六手性结构上的一所述倾斜胞壁连接；

4、所述中心圆环内设置有中心质量柱，所述环布圆环内设置有环布质量柱。

5、优选的，所述六手性结构按晶格常数为阵列间距，沿所述倾斜胞壁的延伸方向进行阵列。

6、优选的，六组所述倾斜胞壁的同侧分别固定连接有两组连接胞壁的一端，所述环布圆环固定连接在两组所述连接胞壁的另一端之间，两组所述连接胞壁的长度相同，设置在一所述倾斜胞壁上的两组所述连接胞壁沿长度方向的延长线的交点六组所述倾斜胞壁(6)的同侧分别固定连接有两组连接胞壁(7)的一端，所述环布圆环(5)固定连接在两组所述连接胞壁(7)的另一端之间，所述连接胞壁(7)的长度相同，与所述环布圆环的圆心重合。

7、优选的，六组所述倾斜胞壁沿所述中心圆环的轴向侧壁等间隔分布。

8、优选的，所述倾斜胞壁与所述连接胞壁的厚度相同。

9、优选的，所述中心圆环与所述中心质量柱之间设置有橡胶圈。

10、优选的，所述倾斜胞壁与所述连接胞壁的截面呈t形、工字型、槽型、箱型、多边形、圆形或椭圆形。

11、优选的，所述环布圆环、倾斜胞壁、连接胞壁和所述中心圆环为金属材料或塑料材料，采用3d打印技术制备。

12、优选的，所述中心质量柱和所述环布质量柱均由高密度材料构成。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

14、1.倾斜胞壁沿切线固定连接在中心圆环的侧壁上，在六手性结构受力时，表现为倾斜和垂直胞壁的旋转和弯曲变形，倾斜胞壁与中心圆环的连接处由于弧形的过度，可有效避免应力集中，很大程度的增加结构的承载能力。

15、2.中心质量柱和环布质量柱的布置具有惯性放大效应，中心质量柱和环布质量柱的质量可设置为较小值，通过较小的静止态质量构造较大的动态惯量，从而在保证结构具有较小等效密度及等效刚度的前提下有效获取低频带隙特性。

16、3.通过调节倾斜胞壁、连接胞壁的厚度和长细比、倾斜胞壁与垂直方向的夹角以及倾斜胞壁可以调节带隙所在的频率段，以满足实际工程的要求。

技术特征：

1.一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，由若干声子晶体阵列排布连接而成，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：所述六手性结构(1)按晶格常数a为阵列间距，沿所述倾斜胞壁(6)的延伸方向进行阵列。

3.根据权利要求1所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：六组所述倾斜胞壁(6)的同侧分别固定连接有两组连接胞壁(7)的一端，所述环布圆环(5)固定连接在两组所述连接胞壁(7)的另一端之间，两组所述连接胞壁(7)的长度相同，设置在一所述倾斜胞壁(6)上的两组所述连接胞壁(7)沿长度方向的延长线的交点与所述环布圆环(5)的圆心重合。

4.根据权利要求1所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：六组所述倾斜胞壁(6)沿所述中心圆环(8)的轴向侧壁等间隔分布。

5.根据权利要求3所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：所述倾斜胞壁(6)与所述连接胞壁(7)的厚度相同。

6.根据权利要求1所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：所述中心圆环(8)与所述中心质量柱(3)之间设置有橡胶圈(4)。

7.根据权利要求3所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：所述倾斜胞壁(6)与所述连接胞壁(7)的截面呈t形、工字型、槽型、箱型、多边形、圆形或椭圆形。

8.根据权利要求1所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：所述环布圆环(5)、倾斜胞壁(6)、连接胞壁(7)和所述中心圆环(8)为金属材料或塑料材料，采用3d打印技术制备。

9.根据权利要求1所述的一种基于质量放大的手性-菱形机械超材料，其特征在于：所述中心质量柱(3)和所述环布质量柱(2)均由高密度材料构成。

技术总结
本发明属于声子晶体和声学超材料实现振动控制技术领域，提供一种基于质量放大的手性‑菱形机械超材料,由若干声子晶体阵列排布连接而成，声子晶体包括六手性结构，六手性结构包括中心圆环和六组倾斜胞壁，六组倾斜胞壁的一端分别与中心圆环的侧壁固定连接，且倾斜胞壁与中心圆环相切，六组倾斜胞壁的同侧分别固定连接有两组连接胞壁，两组连接胞壁之间固定连接有环布圆环，一六手性结构上的一倾斜胞壁与另一六手性结构上的一倾斜胞壁连接；中心圆环内设置有中心质量柱，环布圆环内设置有环布质量柱。本发明可有效地获得较宽频率范围的低频带隙并具有一定承载能力。

技术研发人员：朱贤璋,孙裴,郭辉,王岩松,黄双
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12