[實用新型]能夠集中振動響應(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?zhí)枺?/td>: 201520519023.3
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN205079027U
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈秀嫻;杜宇;張喆
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: F16S1/00
• 分類號: 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

本實用新型涉及一種結(jié)合阻尼層或動力吸振器(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械及建筑構(gòu)件中，如建筑物、汽車、軌道列車、船舶、飛機，運載火箭等。

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械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要指標(biāo)。根據(jù)基本的物理定律，增加系統(tǒng)質(zhì)量是一種最簡單而有效振動噪聲控制方法。如在對質(zhì)量增加不敏感的場合，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、飛機等交通工具的減振降噪應(yīng)用中卻作用有限。對于交通工具，在降低結(jié)構(gòu)振動噪聲水平以提高舒適度的同時，還要盡可能的降低系統(tǒng)質(zhì)量，實現(xiàn)輕量化，從而減少能源消耗和排放污染。例如對于汽車而言，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]。

附加阻尼層或動力吸振器(DVA)是控制汽車及火車車廂和飛機客艙等薄板結(jié)構(gòu)振動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，通過增加結(jié)構(gòu)的阻尼、耗散振動能量來達(dá)到減振降噪的效果。阻尼材料對振動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，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通過將主結(jié)構(gòu)的振動能量“吸收”轉(zhuǎn)移的到附屬結(jié)構(gòu)中來控制主結(jié)構(gòu)的振動噪聲水平。因而DVA通常設(shè)計工作于結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大的某一或幾個頻率；同時附加于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)最大，即能量最大的空間點。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，這一點與阻尼層類似。

以上對兩種典型振動噪聲控制措施的簡單分析可知，結(jié)構(gòu)振動噪聲響應(yīng)的降低通常以增加附加質(zhì)量為代價，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下板表面的振動響應(yīng)，而其表面振動響應(yīng)又決定于板的模態(tài)響應(yīng)特性。對應(yīng)不同激振頻率，板平面各處都有可能是響應(yīng)極大值點。因而降低板整體平均響應(yīng)的一個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)最大點集中于某個或某幾個區(qū)域，然后在這些區(qū)域有針對性地施加控制措施，則可大大提高單位附加質(zhì)量的振動噪聲控制效果。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)值逐漸過渡到邊緣厚度為0時，彎曲波不會在邊界發(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，板在各頻率激勵下的振動響應(yīng)最大值集中在變厚度區(qū)。如此時在變厚度區(qū)域附加阻尼層或DVA，則可同時利用變厚度板的“聲聚焦”效應(yīng)及阻尼層的“耗能”及DVA的“吸能”特點，提高單位附加質(zhì)量的減振降噪效果，從而實現(xiàn)振動噪聲控制效果最大化的同時保持結(jié)構(gòu)的輕量化。此即本實用新型提出的集成阻尼層或動力吸振器的變厚度板減振降噪結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型針對以上問題的提出，而研制的一種能夠集中振動響應(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)成板式機械、建筑等結(jié)構(gòu)時(如汽車車身)，有利于在保持整體輕量化的條件下實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動噪聲響應(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。此時板內(nèi)彎曲波在板末端邊緣處不會產(chǎn)生反射，即能量被吸收在厚度趨于零的板末端。

實際使用中，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)