基于声子晶体传感隔振系统的研究

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810602747.2(22)申请日 2018.06.12(71)申请人 江苏大学地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人 张赛　胡光华　许伯强　商德江　肖妍　(51)Int.Cl.G01S 5/22(2006.01)(54)发明名称一种基于声子晶体传感的水下声源定位系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于声子晶体传感的水下声源定位系统及方法，包括传感模块、信息采集模块以及声源定位模块；入射声波先与传感模块作用，再由信息采集模块接收透射波的声信号并将其传至声源定位模块。

传感模块中利用旋转器控制声子晶体旋转，由水听器将声子晶体透射波的压力信号转化为电信号。

当声源定位模块中程序控制终端显示由信息采集模块所采集的声信号幅度为零时，判断入射声波与声子晶体表面呈49°夹角，由此确定声源相对于声子晶体平面的方位，再结合声子晶体旋转的角度，可确定声源相对于固定参考系的方位；根据两个布放在不同位置的传感模块得到两个方位，再结合两个传感模块之间的距离，运用反演算法，确定二维平面内声源的具体位置。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 108845291 A 2018.11.20C N 108845291A1.一种基于声子晶体传感的水下声源定位系统，其特征在于，包括：两个或以上传感模块、信息采集模块以及声源定位模块；所述传感模块、所述信息采集模块以及所述声源定位模块依次相连；所述传感模块能够实时跟踪检测水下声波信号，根据声波不同的接收角度输出不同的信号，并将该输出信号通过信息采集模块发送给声源定位模块；所述声源定位模块根据该输出信号以及结合传感模块的位置和方向信息计算得到声源的位置。

2.根据权利要求1所述的基于声子晶体传感的水下声源定位系统，其特征在于，所述传感模块包括旋转器、声子晶体以及水听器(3)；所述旋转器能够控制所述声子晶体旋转；所述水听器能够将声子晶体的透射波压力信号转换为电信号，所述电信号被所述信息采集模块采集。

2020年12月第12期（总267）铁道工程学报JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETYDec2020NO.12(Ser.267)文章编号：1006-2106(2020)12-0064-06基于声子晶体理论进行轨道系统减振效果研究李粮余杯(中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031)摘要:研究目的:针对高速铁路下穿机场航站楼引起的振动噪声问题,分析传统轨道减振技术针对高铁下穿航站楼时存在的弊端，基于声子晶体理论，引入新型声子晶体减振垫层，以降低60~80Hz特殊频段的振动水平，减少列车运行对机场航站楼内人员的影响。

本文以成都至自贡高铁线下穿天府机场航站楼为例,采用多刚体动力学软件UM(Universal Mechanism)与有限元软件ANSYS联合仿真，通过建立两种不同下部基础的列车-轨道-隧道刚柔耦合动力学模型，对新型声子隔振垫和普通隔振垫的减振效果进行对比分析，验证新型声子减振垫的减振效果。

研究结论：(1)基于声子晶体局域共振禁带机理设计的新型声子晶体隔振垫轨道各结构低频范围的振动峰值有所减小，且在特定频段(63~100Hz)减振性能更为显著,其中在80Hz频段范围减振效果最佳,较普通隔振垫减小9.9dB,在高铁下穿航站楼时具有良好的减振效果；(2)本研究成果可用于临近或下穿机场及特殊建筑时的高速铁路无祚轨道减振降噪。

关键词：高速铁路;航站楼;声子晶体;隔振垫中图分类号:U213.2+44文献标识码：AResearch on the Vibration Reduction Effect of Track System Based on Phononic Crystal TheoryLI Liangyu(China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd,Chengdu,Sichuan610031,China)Abstract:Research purposes:Aiming at the problem of vibration and noise caused by high一speed railway crossing airport terminal,this paper analyzes the disadvantages of traditional track vibration reduction technology in high一speed railway crossing terminal.Based on phononic crystal theory,a new phononic crystal damping pad is introduced to reduce the vibration level of60〜80Hz and the influence of train operation on people in the airport terminal.Taking the Chengdu-Zigong high-speed railway line passing through the Tianfu airport terminal as an example,the multi一rigid body dynamics software UM(Universal Mechanism)and the finite element software ANSYS are used to the simulation. By establishing two train—track一tunnel rigid一 flexible coupling dynamics models of different foundation,the vibration absorption effect of the new phononic damping pad and the ordinary damping pad is compared and analyzed to verify the vibration absorption effect of the new phononic cushion.Research conclusions：(1)The vibration peak value of the low frequency range of each structure of the track that used new phononic crystal damping pad based on the local resonance band gap mechanism of phononic crystals is reduced, and the vibration absorption perfoimance is more significant in the specific frequency band(63〜100Hz).The damping*收稿日期:2020-10-15基金项目：四川省重点研发项目——川藏铁路重大工程风险识别与对策研究(2019YFG0460)**作者简介:李粮余,1982年出生，男，高级工程师，现任中铁二院工程集团有限责任公司土建二院轨道处副处长。

二维声子晶体理论在磁流变隔振支座中的应用
许振龙;吴福根;黄亮国
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2014(43)7
【摘要】基于二维声子晶体模型,设计了周期排列的磁流变隔振支座,采用有限元方法研究其弹性波传输特性和振动能量分布。

研究结果表明:隔振支座存在弹性波带隙,通过外加磁场可以调控带隙的带宽和频率位置;缺陷态结构对传输能量有局域作用。

【总页数】5页(P1862-1866)
【关键词】声子晶体;磁流变弹性体;弹性波;弹性波带隙
【作者】许振龙;吴福根;黄亮国
【作者单位】广东科学技术职业学院机械与电子工程学院;广东工业大学实验教学部
【正文语种】中文
【中图分类】TH113;O48
【相关文献】
1.浅析声子晶体理论在建筑隔声领域的应用 [J], 周梦平;方庆川;凡友华;王海洋;王海峰
2.布里渊散射深入研究Y3-xBixFe5O12晶体中的磁振子和声学声子 [J], 刘玉龙;萧季驹
3.二维磁振子晶体中线缺陷模的性质及其应用 [J], 曹永军†;江鑫
4.基于磁流变弹性体的声子晶体带隙隔振研究 [J], 文茜茜;于国军;王凌云;朱少杰
5.基于声子晶体理论的舰船液压管路支承用隔振器轴向振动带隙特性研究 [J], 魏振东;李宝仁;杜经民;林磊;谭发兵
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沙漏型声子晶体的中低频隔声减振性能研究
胡启国;魏晨;刘灜
【期刊名称】《陕西科技大学学报》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理及减振特性,并研究了关键几何参数、散射体材料和声波入射角度对该结构的隔声特性的影响规律,以及板结构减振频带的拓宽方法.结果表明:该声子晶体结构在1 000 Hz以下频率范围内具有优越的隔声减振性能,通过将不同参数的结构进行组合的方法可以拓宽声子晶体板的减振频带,为工程结构的中低频隔声减振及声子晶体的应用提供了新的思路与可行性参考.
【总页数】7页(P131-137)
【作者】胡启国;魏晨;刘灜
【作者单位】重庆交通大学机电与车辆工程学院;北京石油机械有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB535
【相关文献】
1.一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性∗
2.非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究
3.带陀螺型声子晶体的高速列车型材结构低频
隔声性能探究4.高速列车“帽型”声子晶体内饰板低频声振特性研究5.声子晶体型浮置板轨道低频减振性能研究
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专利名称：一种基于声子晶体理论的抗振结构专利类型：发明专利
发明人：亢秀山,钟佳,李佳蔓,杨俊涛
申请号：CN202011394997.5
申请日：20201203
公开号：CN112392074A
公开日：
20210223
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于声子晶体理论的抗振结构，包括有由若干根规则分布呈阵列方式设于振源与敏感建筑物之间的混凝土排桩，以及设于相邻两根混凝土排桩之间的弹性填充物，混凝土排桩和弹性填充物之间构成三维声子晶体结构，在声子晶体结构中利用弹性填充物构成元胞，利用混凝土排桩构成周期性元胞中的散射体。

采用本发明所述的抗振结构，利用声子晶体理论构建三维声子晶体结构，通过垂向共振，实现瑞利波模式到横波模式的转换，利用该结构对弹性波具有低透射高反射的特性，从而降低地震波面波的破坏效应，不会因结构失效而威胁被保护对象的功能实现和服役性能，具有结构简单、制作及安装方便，其减震及隔振效果好，适合推广应用。

申请人：西南交通大学,中建四局第三建设有限公司
地址：610031 四川省成都市二环路北一段111号
国籍：CN
代理机构：遵义浩嘉知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：石文义
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声子晶体的声学传播特性研究在现代科学与技术的领域中，材料的声学特性一直是研究人员关注的焦点之一。

声学传播特性对于传感器技术、声学器件设计以及声波传播的控制等方面都具有重要的意义。

近年来，声子晶体作为新兴材料在声学传播研究领域得到了广泛的关注。

声子晶体是一种由周期性结构组成的材料，其结构单位的周期性分布可以用于控制声波的传播特性。

与电子晶体类似，声子晶体是一种周期性结构的材料，在一定频率范围内存在声子带隙。

这些带隙会影响声波在晶体中的传播，使得特定频率的声波不能通过声子晶体传播，从而实现对声波的控制。

研究表明，声子晶体的声学传播特性受到多种因素的影响。

首先是晶格结构的参数对声子晶体的声学性质具有明显的影响。

晶格常数、晶格方向、晶格形状等因素都会对晶体中声波的频率、群速度、极化以及散射等产生影响。

其次是声子晶体中材料的特性。

声子晶体可以由不同材料组成，例如硅、聚合物等。

不同材料的声子晶体会展现出不同的声学性质，从而实现对声波的调控。

在应用方面，声子晶体具有诸多优点。

首先，声子晶体可以用于声波滤波器的设计。

通过调控晶体结构和材料的参数，可以实现对特定频率的声波的选择性传播。

其次，声子晶体还可以用于声学传感器的研究。

声子晶体对于不同频率的声波响应不同，可以实现对声波信号的高灵敏度检测。

此外，声子晶体还可以用于声波波导的设计。

由于声子晶体中存在声子带隙，声波在特定频率范围内不能通过晶体。

因此，声子晶体可以实现对声波传播的隔离与控制。

针对声子晶体的声学传播特性研究，目前已有广泛的研究成果。

通过数值模拟、实验测量以及理论分析等方法，研究人员对声子晶体的声学特性进行了深入的探究。

例如，研究人员通过计算模拟，发现了一种新型的二维声子晶体结构，在特定频率范围内存在完全散射态，从而实现全隔离功能。

同时，实验测量也揭示了声子晶体材料的声学性质与声子带隙之间的关系。

总之，声子晶体作为一种新兴材料，在声学传播特性研究领域展现出了巨大的潜力。

基于FGMs的声子晶体带隙调控及振动特性研究
徐庚辉;肖汉林;张琳;王雨桐;张涛
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2024(43)10
【摘要】为抑制舰艇典型板壳结构低频振动,基于局域共振理论,设计了一种悬臂式声子晶体结构,开展了数值计算并揭示带隙发生机理,探究了各尺寸参数对带隙特性的影响。

同时基于功能梯度材料(functional gradient materials, FGMs)思想,提出固有频率梯度组合带隙调控方法,可有效拓宽低频带隙范围。

最后,设计振动特性试验并分析误差产生的原因。

结果表明:悬臂梁边长越长,带隙宽度变窄,悬臂梁宽度及厚度增加,带隙宽度变宽;固有频率梯度组合研究中,当整体固有频率变化率小于8.1%时,带隙范围有效拓宽。

当相邻两者固有频率变化率大于12.27%时,可呈现多频带
隙特性;增加悬臂梁安装数量可在固有频率梯度组合的基础上进一步拓宽禁带范围,该研究成果可为船舶板壳结构隔振设计提供参考。

【总页数】9页(P89-97)
【作者】徐庚辉;肖汉林;张琳;王雨桐;张涛
【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院;中国舰船研究设计中心
【正文语种】中文
【中图分类】TB535.1
【相关文献】
1.基于二维声子晶体的低频振动带隙特性研究
2.基于二维三组元声子晶体带隙特性的振动研究
3.基于声子晶体理论的舰船液压管路支承用隔振器轴向振动带隙特性研究
4.基于声子晶体振动机理的周期结构梁的带隙特性研究及ANSYS优化
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新型功能材料—声子晶体研究进展与应用前景摘要：声子晶体是20世纪90年代初提出的一种新型声学功能材科，这种周期性结构所具有的声波带隙特性可以认为具有某种过滤效应，即当多种频率的振动或声波通过此类晶体时，由于布拉格散射，便会分裂为导带和禁带，处于禁带频率范围内的振动或声波将被禁止在晶体中传播，而处于导带频率范围内的振动或声波则能顺利通过声子晶体。

通过求解声波在晶体中的波动方程可以设计所需要的声子禁带和导带。

文中对声子晶体的概念和基本特征、研究进展、理论方法、潜存应用等方面进行了阐述，并对声子晶体的研究工作进行了展望。

关键词：声子晶体周期性结构声子禁带1、引言物理学中的许多进步和成果始于对周期性结构中波的传播情况的研究，如电子的能带结构，Bloch振荡器和全息术。

随着研究的逐渐深入，人们已经制备出了许多新型功能材料。

并应用于各个领域。

以硅晶体为代表的半导体材料的出现引发的电子工业革命，使我们进入了信息时代。

半导体的理论依据是固体电子的能带理论[1]。

即电子（波）在周期性势场的作用下会形成禁带和导带，带与带之间有间隙。

近年来，人们突破了以现有原材料为研究对象的限制。

进入了通过能带设计来模拟天然晶格以获得新型功能材料和器件的新阶段。

1987年，Yablonvithch和John分别发现了光波通过周期性电介质结构后的色散曲线成带状，即产生了带隙，于是各自提出了光子晶体（photonic crystal）[2,3]这一新概念，推进了材料科学的发展，并由此掀起了专门研究光子晶体的热潮。

既然光波通过光子晶体能产生带隙，那么有没有一种材料当弹性波通过时也能产生带隙呢?答案是肯定的，1992年，Sigalas .和Economou .在理论上证实球形材料埋入某一基体材料中形成周期性点阵结构具有带隙特性的重要结论。

随后，Kushwaha .等人明确提出了声子晶体（phononic crystal）[4]的概念，近十几年来相关的理论和实验研究也已经证明了这一点，通过求解声波在晶体中的波动方程可以设计所需要的声子禁带和导带。