[发明专利]一种可回收低频振动能量的声子晶体板结构及其验证方法

说明书

本发明提供一种可回收低频振动能量的声子晶体板结构，包括基体板、N‑1个第一声子晶体、1个第二声子晶体和能量回收装置；基体板以指定规格大小为单位划分有N个晶格；第二声子晶体与N‑1个第一声子晶体的材料及几何特性相异；第二声子晶体与N‑1个第一声子晶体分别设置于N个晶格之中相应的一个上，以形成N个单胞；能量回收装置覆盖在第二声子晶体对应的单胞上；其中，在声子晶体板结构横截面被施加有一个频率与其固有频率一致的正弦谐波激励时，利用自身点缺陷时出现的弹性波/声波局域和放大的高能量密度特性，与压电材料的压电效应相结合形成新型振动能量回收装置，实现高性能的振动能量回收为低能耗设备供电。

技术领域

本发明涉及声学功能材料结构设计技术领域，尤其涉及一种可回收低频振动能量的声子晶体板结构及其验证方法。

背景技术

振动和噪声污染作为当今世界公认的三大环境污染源之一，严重干扰人类的日常生活环境。且振动和噪声品质是衡量电子、机械设备的重要指标。设备工作性能的准确性和高效性以及运行环境的安全性和可靠性甚至服役寿命的长短都与机械振动和噪声问题息息相关。近年来，在国防工业领域，飞机、舰艇、船舶和导弹等装备的精密仪器通常要在复杂多物理场耦合的环境中工作，剧烈的振动和噪声问题严重降低了装备的生存能力和作战性能。在国民经济领域，以大型飞机、高速列车、大型发电机组等为代表的重大设备正逐步向高速、柔性、轻质、重载和多物理场运行环境等方向进行自主研发，由此带来的振动和噪声问题成为制约重大仪器性能提升的重要因素。因此，如何抑制有害振动和噪声是军事、工业、民用技术中亟需解决的关键问题和热门话题。

目前，人们常采用压电式能量回收技术对振动能量进行回收来抑制有害振动和噪声。该压电式能量回收技术是利用压电材料从周围振动的环境中提取有用的能量，由于其自身结构简单、能量密度高、可扩展性好等优点已正在被越来越多的研究人员所关注。压电材料具有晶体结构，具备将施加在自身上的电势能转化为机械应变的能力；反过来，也具有将机械应变能转化为电荷的能力。前者可以用于主动振动控制，后者的特性使得压电材料能够吸收周围环境如基体结构振动的机械能，并转化为电能来维持其它电子设备的正常工作。

随着科学技术的发展，鉴于声子晶体作为人工周期性复合材料具有的禁带特性可以抑制弹性波传播，当在声子晶体中以空位或者夹杂的方式引入点缺陷时，破坏了声子晶体的周期性，使外界分散的弹性波、声波局域在点缺陷周围，并且在共振缺陷带处波的强度与幅值也会被放大等原因，使得基于声子晶体的能量回收技术具有可以控制和操纵输入的机械能以定位和聚焦在所需的回收位置的能力。

但是，目前还没有相关人员进行深入研究，将点缺陷声子晶体的弹性波/声波局域和放大的高能量密度特性与压电材料的压电效应相结合形成新型振动能量回收装置，用来实现高性能的振动能量回收为低能耗设备供电。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种可回收低频振动能量的声子晶体板结构及其验证方法，利用自身点缺陷时出现的弹性波/声波局域和放大的高能量密度特性，与压电材料的压电效应相结合形成新型振动能量回收装置，用来实现高性能的振动能量回收为低能耗设备供电。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种可回收低频振动能量的声子晶体板结构，包括：

基体板；所述基体板以指定规格大小为单位划分出N个晶格；N为大于1的正整数；

N-1个第一声子晶体和1个第二声子晶体；所述第二声子晶体与所述N-1个第一声子晶体的材料及几何特性相异；所述第二声子晶体与所述N-1个第一声子晶体分别设置于N个晶格之其中相应的一个上，以形成N个单胞；

能量回收装置；所述能量回收装置覆盖在所述第二声子晶体对应的单胞上；

其中，在所述声子晶体板结构横截面被施加有一个频率与所述声子晶体板结构固有频率一致的正弦谐波激励时，能通过所述能量回收装置输出一定大小电压给设备供电。