[實(shí)用新型]能夠集中振動(dòng)響應(yīng)的結(jié)構(gòu)、變厚度減振降噪結(jié)構(gòu)及減振板材

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520519023.3
• 申請(qǐng)日: 2015-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN205079027U
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈秀嫻;杜宇;張喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16S1/00
• 分類號(hào): F16S1/00;F16F15/02;F16F15/04;G06F17/50
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李馨;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種結(jié)合阻尼層或動(dòng)力吸振器(DynamicVibrationAbsorber,DVA)的變厚度板減振降噪復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于有減振降噪要求的板式機(jī)械及建筑構(gòu)件中，如建筑物、汽車、軌道列車、船舶、飛機(jī)，運(yùn)載火箭等。

背景技術(shù)

為提高舒適度等性能，減振降噪是很多建筑及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)基本的物理定律，增加系統(tǒng)質(zhì)量是一種最簡(jiǎn)單而有效振動(dòng)噪聲控制方法。如在對(duì)質(zhì)量增加不敏感的場(chǎng)合，提高板結(jié)構(gòu)(如建筑物墻體)的面密度可以顯著提高結(jié)構(gòu)的隔聲水平[1]。而這一措施在汽車、火車、飛機(jī)等交通工具的減振降噪應(yīng)用中卻作用有限。對(duì)于交通工具，在降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲水平以提高舒適度的同時(shí)，還要盡可能的降低系統(tǒng)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)輕量化，從而減少能源消耗和排放污染。例如對(duì)于汽車而言，整車質(zhì)量每減少10％，油耗及有害氣體排放量約可降低6％～8％[2]。

附加阻尼層或動(dòng)力吸振器(DVA)是控制汽車及火車車廂和飛機(jī)客艙等薄板結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲水平的兩種主要方式。阻尼層通常貼附于結(jié)構(gòu)的表面，通過(guò)增加結(jié)構(gòu)的阻尼、耗散振動(dòng)能量來(lái)達(dá)到減振降噪的效果。阻尼材料對(duì)振動(dòng)噪聲的衰減作用可以體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)工作的所有頻率上，尤以在結(jié)構(gòu)自然頻率附近最為明顯。同時(shí)，阻尼減振的效果往往正比于材料的密度、厚度與覆蓋面積，即正比于附加質(zhì)量。與阻尼層不同，DVA通過(guò)將主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量“吸收”轉(zhuǎn)移的到附屬結(jié)構(gòu)中來(lái)控制主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲水平。因而DVA通常設(shè)計(jì)工作于結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大的某一或幾個(gè)頻率；同時(shí)附加于結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)最大，即能量最大的空間點(diǎn)。這一工作原理決定了DVA是典型的窄帶控制措施，其減振降噪效果僅限于其所設(shè)計(jì)頻率及附近的區(qū)域。DVA的作用效果和帶寬一般與附加的DVA質(zhì)量大小成正比，這一點(diǎn)與阻尼層類似。

以上對(duì)兩種典型振動(dòng)噪聲控制措施的簡(jiǎn)單分析可知，結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲響應(yīng)的降低通常以增加附加質(zhì)量為代價(jià)，從而限制了結(jié)構(gòu)整體(如車輛)輕量化程度的提高。在已有的兼顧輕量化及減振降噪要求的技術(shù)實(shí)施方案中，復(fù)合夾芯板結(jié)構(gòu)得到了廣泛的討論。

板結(jié)構(gòu)的噪聲輻射取決于在一定激勵(lì)下板表面的振動(dòng)響應(yīng)，而其表面振動(dòng)響應(yīng)又決定于板的模態(tài)響應(yīng)特性。對(duì)應(yīng)不同激振頻率，板平面各處都有可能是響應(yīng)極大值點(diǎn)。因而降低板整體平均響應(yīng)的一個(gè)保守做法是在整塊板上附加阻尼層或多處附加大量DVA，這顯然不利于輕量化。可以想象，如果能將板響應(yīng)最大點(diǎn)集中于某個(gè)或某幾個(gè)區(qū)域，然后在這些區(qū)域有針對(duì)性地施加控制措施，則可大大提高單位附加質(zhì)量的振動(dòng)噪聲控制效果。由于造成板結(jié)構(gòu)噪聲輻射的彎曲波的波速是板厚的函數(shù)，理論分析表明：當(dāng)板厚按一定指數(shù)規(guī)律從某一非零數(shù)值逐漸過(guò)渡到邊緣厚度為0時(shí)，彎曲波不會(huì)在邊界發(fā)生反射，而是聚集在便厚度板的邊緣，此即“聲聚焦”效應(yīng)。

根據(jù)這一原理，已有研究結(jié)果表明當(dāng)有限大板上存在厚度按一定規(guī)律變化的變厚度區(qū)域時(shí)，板在各頻率激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)最大值集中在變厚度區(qū)。如此時(shí)在變厚度區(qū)域附加阻尼層或DVA，則可同時(shí)利用變厚度板的“聲聚焦”效應(yīng)及阻尼層的“耗能”及DVA的“吸能”特點(diǎn)，提高單位附加質(zhì)量的減振降噪效果，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)噪聲控制效果最大化的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)的輕量化。此即本實(shí)用新型提出的集成阻尼層或動(dòng)力吸振器的變厚度板減振降噪結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制的一種能夠集中振動(dòng)響應(yīng)的結(jié)構(gòu)，設(shè)置于平面或曲面板材上，該結(jié)構(gòu)的厚度由邊緣向中心遞減。通過(guò)設(shè)置厚度向中心遞減的結(jié)構(gòu)，使得其所在板材內(nèi)部的彎曲波能夠聚集在變厚度結(jié)構(gòu)的中心位置，形成聲聚焦效應(yīng)，使得遍布板材的振動(dòng)集中在變厚度結(jié)構(gòu)的位置，便于采取相應(yīng)的減振降噪措施。

更進(jìn)一步的，結(jié)構(gòu)用于構(gòu)成板式機(jī)械、建筑等結(jié)構(gòu)時(shí)(如汽車車身)，有利于在保持整體輕量化的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲響應(yīng)的有效控制。

根據(jù)理論分析，設(shè)板結(jié)構(gòu)厚度按下式規(guī)律變化：

h(x)＝εx^m(0)

式(0)中，h為板厚；x為板長(zhǎng)度方向坐標(biāo)，x≥0且x＝0為板的邊緣或厚度最小處；ε和m為常數(shù)，其中m≥2。此時(shí)板內(nèi)彎曲波在板末端邊緣處不會(huì)產(chǎn)生反射，即能量被吸收在厚度趨于零的板末端。

實(shí)際使用中，可以將公式(0)所示的變厚度特征集成到板式結(jié)構(gòu)中。由于實(shí)際板上任何位置的厚度都不可能為零，而只能趨于某一固定小量。設(shè)此值為h₀，則板變厚度區(qū)的厚度表達(dá)式為：

h(x)＝εx^m+h₀(1)