本发明专利技术公开了一种含梳状夹层的三相声子功能材料结构，包括内核，内核外表面包覆有夹层，内核同轴阵列排列设置在基体内，夹层为环形排列设置在内核外表面的楔体成形的梳状，楔体之间具有间隙。夹层上的楔体设置在一带体上，该带体同轴环形设置在内核外表面。楔体的中轴线与带体垂直或者与带体成倾斜角度。夹层的弹性模量比基体弹性模量小一个量级。内核的半径大于晶格常数的四分之一。夹层厚度是内核半径的九分之一到四分之一。本发明专利技术在满足结构声学特性要求的同时，减小结构尺寸，获得低频宽带声学带隙，结构中含周期性分布的包覆梳状夹层的内核，加工简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声学，涉及了机械、凝聚态物理、力学和材料学等领域，尤其涉及一种含梳状夹层的三相声子功能材料结构以及其制作方法。
技术介绍
近年来，一种人造周期性复合结构-声子晶体受到人们的广泛关注。声子晶体是一种由两种或两种以上材料周期排列形成的声带隙功能材料。其中传播的弹性波由于受到弹性常数的周期性调制，可能会产生声子带隙，即一定频率范围的弹性波传播被抑制，从而有利于营造一个无振环境，为结构的减振降噪控制赋予新的活力。因此，声子晶体已成为材料学、物理学、声学、力学及其它相关学科活跃的研究领域之一。随着人工合成周期性复合材料在国防军事、航空航天、微机电设备等方面的大量应用，小尺寸、低频宽带隙声子晶体的研制成为工程中迫切关注的问题。例如，低频噪声被视为危害人类健康的“无形杀手”。然而，根据声子晶体的弹性波带隙形成机理，声子晶体可以分为Bragg散射型和局域共振型两种声子晶体。前者带隙频率所对应的波长与晶格常数处于同一数量级，而后者带隙频率所对应的波长远大于晶格常数。因此，对于Bragg散射型声子晶体，只有通过减小周期结构中的弹性波平均波速来获得低频带隙。然而一般材料中的弹性波速较快，很难满足这一要求，不得不增大尺寸。而对于局域共振型声子晶体，已有实验证明可用较小尺寸获得低频带隙。但是，由于Fano现象的影响，带隙内弹性波的有效衰减比较小，所形成的带隙有时过窄，因此仍存在着一定的局限性。因此，必须寻找一种有效手段，在减小器件尺寸的同时有效降低带隙频率及增加带隙宽度，而这也是目前研究的难点之一。为解决现有技术存在的上述不足，提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有结构难以同时满足小尺寸和低频宽带隙要求的不足，提供一种含梳状夹层的三相声子功能材料结构。为解决上述技术问题，实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种含梳状夹层的三相声子功能材料结构，包括内核，内核外表面包覆有夹层，内核同轴阵列排列设置在基体内，夹层为环形排列设置在内核外表面的楔体，夹层外形是梳状，楔体之间具有间隙。所述夹层上的楔体一体设置在一带体上，该带体同轴环形设置在内核外表面。所述夹层上的楔体为中轴线与带体垂直的矩形或梯形。或者，所述夹层上的楔体为中轴线与带体倾斜设置的四边形。所述的夹层上的楔体的个数至少为8个。所述的夹层的弹性模量比基体弹性模量小一个量级，所述的内核的密度是基体密度的两倍以上，内核的半径大于晶格常数的四分之一；夹层厚度是内核半径的九分之一到四分之一。本专利技术还提供了前述的三相声子功能材料结构的制作方法，包括以下步骤步骤1)，材料选择梳状夹层的弹性模量比基体的弹性模量小一个量级；内核的密度是基体密度的两倍以上，内核的半径大于晶格常数的四分之一；步骤2)，梳状夹层制作在平直带体上周期排列楔体，楔体的截面形状可以是矩形或梯形，楔体的中轴线与带体垂直；或者楔体为与带体成倾斜角度设置的不规则四边形；夹层厚度是内核半径的九分之一到四分之一；步骤3)，将梳状夹层缠绕在内核上；梳状夹层可以采用内嵌集中式缠绕在内核上，也可以采用外凸发散式缠绕内核上。步骤4)，正方晶格周期排列缠绕梳状夹层的内核后，浇注基体，形成三相声子功能材料结构。还包括步骤5)，方法的适用性针对不同结构声学特性的要求，重复步骤I)-步骤4)，形成满足结构声学特性要求的三相声子功能材料结构。本专利技术的有益效果是在满足结构声学特性要求的同时，减小结构尺寸，获得低频宽带声学带隙，结构中含周期性分布的包覆梳状夹层的内核，加工简单。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，其中图I是三种不同截面形状的楔体；(a)矩形、(b)上底宽余下底的梯形、(c)下底宽余上底的梯形；图2是梳状楔体示意图；楔体周期排列在一条很薄的平直带上；(a)梳状楔体截面图、(b)梳状楔体三维图；图3是梳状楔体缠绕方式；(a)内嵌(集中)式缠绕、(b)外凸(发散)式缠绕；图4是三相声子功能材料结构元胞截面图；图5是含梳状夹层的三相声功能材料结构；图6是第二个实施例的能带结构图(含完好夹层)；图7是第二个实施例的能带结构图(含梳状夹层，楔体中轴线与平直带垂直)；图8是第二个实施例的能带结构图(含梳状夹层，楔体中轴线与平直带成倾斜角)。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图I所示出的一种三相声子功能材料结构，包括内核1，内核I外表面包覆有夹层2，内核I同轴阵列排列设置在基体3内，夹层2为环形排列设置在内核I外表面的楔体4，外形是梳状，楔体4之间具有间隙5，夹层2的弹性模量比基体3弹性模量小一个量级。如图2a、图2b所示出的，夹层上的楔体4 一体设置在带体6上，楔体4的截面形状为矩形或梯形。楔体4的个数至少为8个、 如图4a、图4b所示出的，带体6同轴环形设置在内核外表面，即为本专利技术的三相声子功能材料结构。下面结合附图对本专利技术的制作方法进行详细描述，包括以下步骤步骤I ;选择合适的材料；梳状夹层的弹性模量比基体的弹性模量小一个量级；内核I的密度是基体3密度的两倍以上，内核I的半径大于晶格常数的四分之一；步骤2 ;制作梳状夹层；梳状夹层由带体 6上周期排列的楔体4组成，如图3所示；楔体4的截面形状可以是矩形或梯形，如图2所示；楔体的中轴线可以垂直于带体6 (图5a示出)，楔体也可以是带体6的成倾斜角设置的不规则四边形(图5b示出);图5a和图5b中元胞截面图的边长是晶格常数；夹层2厚度是内核I半径的九分之一到四分之一；步骤3 ;将梳状夹层缠绕在内核I上；可以采用内嵌集中式缠绕(图4a所示出)或者外凸发散式缠绕(图4b所示出)；为便于浇注基体，建议选择内嵌式缠绕方法。步骤4 ;如图I所示，正方晶格周期排列缠绕梳状夹层的内核I后，浇注基体3，形成三相声子功能材料结构，当梳状夹层采用外凸发散式缠绕在内核I上时，如图4b所示，要在梳状夹层表面缠绕一层薄膜，避免浇注基体3时梳状夹层被填充。步骤5 ;方法的适用性。对于不同的结构声学特性要求，重复步骤-步骤4，形成满足结构声学特性要求的三相声子功能材料结构。下面结合具体实例对本专利技术做进一步的阐述根据结构声学特性的要求，选择合适的夹层材料；本实施例中基体材料的弹性模量为E=3. 9e7Pa，夹层材料的弹性模量为E=5e6Pa，夹层材料的弹性模量比基体材料小一个量级；基体的密度是P =1200Kg/m3,内核的密度是P =7800Kg/m3,内核密度是基体密度的两倍以上；楔体3的截面形状如图2所示；楔体3周期排列在带体5上，如图3所示，形成梳状夹层，夹层厚Imm ;将梳状夹层缠绕在内核2上，内核2 (中心圆柱体)半径为5mm，如图4所示；将缠绕梳状夹层的内核2周期排列，浇注基体1，形成图I所示的三相声子功能材料结构；图5是图I的元胞截面图，图5a和图5b中元胞截面图的边长，即晶格常数，为15mm。内核半径大于晶格常数的四分之一；夹层厚度介于内核半径的九分之一至四分之一。在图6、图7、图8所示的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含梳状夹层的三相声子功能材料结构，包括内核，内核外表面包覆有夹层，内核同轴阵列排列设置在基体内，其特征在于，所述的夹层为环形排列设置在内核外表面的楔体，夹层外形是梳状，楔体之间具有间隙。2.根据权利要求I所述的ー种三相声子功能材料结构，其特征在于，所述夹层上的楔体一体设置在一帯体上，该带体同轴环形设置在内核外表面。3.根据权利要求I所述的ー种三相声子功能材料结构，其特征在于，所述夹层上的楔体为中轴线与带体垂直的矩形或梯形。4.根据权利要求I所述的ー种三相声子功能材料结构，其特征在于，所述夹层上的楔体为中轴线与带体倾斜设置的四边形。5.根据权利要求I所述的ー种三相声子功能材料结构，其特征在于，所述的夹层上的楔体的个数至少为8个。6.根据权利要求I至5中的任ー权利要求所述的ー种三相声子功能材料结构，其特征在于，所述的夹层的弹性模量比基体弹性模量小一个量级，所述的内核的密度是基体密度的两倍以上，内核的半径大于晶格常数的四分之一；夹层厚度是内核半径的九分之一到四分之一。7.—种三相声子功能材料结构的制作方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪越胜，王艳锋，王力田，吴弘，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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