[發明專利]一種具有準零剛度的非線性超材料隔振器

在審

• 申請號: 201910493310.4
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN112049885A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 張安付;黎煥敏;蔡琛;何鵬;張滿弓;張向東;游卓;吳濤;趙愛國;趙志高;胡旭
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: F16F7/00
• 分類號: F16F7/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

本發明公開了一種具有準零剛度的非線性超材料隔振器，屬于超材料和減振降噪技術領域。隔振器由結構件和隔振部件組成，隔振部件起隔振和緩沖作用，采用具有一定承載能力的高分子材料，隔振部件內部具有由超材料單胞周期性排列而成超材料結構，超材料單胞的幾何外形類似于半個六邊形，超材料結構是由超材料單胞在垂向和水平方向周期陣列得到；結構件采用金屬材料，結構件與隔振部件之間采用機械鎖固與膠結的復合方式連接。本發明能夠實現隔振器的準零剛度非線性特征，在保證系統穩定性的情況下，大大降低了隔振器的固有頻率，有效提高隔振效果。

技術領域

本發明屬于超材料和減振降噪技術領域，特別涉及一種具有準零度剛度的非線性超材料隔振器。

背景技術

隨著工業的發展，機械設備逐漸大型化、高速化、復雜化，振動和噪聲問題日趨突出。艦船作為海權爭奪的最主要平臺，對水聲隱身性能的要求日益升高，而機械振動和噪聲是艦船隱蔽航行時的主要噪聲源之一。使用隔振器來隔離振動傳遞成為一種切實可行的減振降噪方法。由隔振原理可知，隔振元器件的剛度越小，隔振效果越好，但對于當前使用最為廣泛的橡膠隔振器，剛度越小，橫向穩定性越差，往往為了保證系統的穩定性而不得不犧牲隔振效果。準零剛度隔振技術是一種新型的隔振技術，是通過正負剛度并聯的方式實現準零剛度，目前很多研究者根據各種正負剛度并聯結構，設計制作了多種多樣的準零剛度隔振機構，取得了優異的隔振效果，然而目前準零剛度機構存在很多的弊端，機構需要裝配的部件，以及輔助裝置往往比較多，結構復雜，另外，從發表的文獻來看，準零剛度機構只能實現單一方向的隔振，主振方向外其他方向的穩定性較差，很難實現工程應用，因此需要進一步探索新型、簡單、可靠的準零剛度隔振元器件，以適應武器裝備大載荷低頻隔振的工程應用要求。

超材料設計方法是近十年來新興的一種顛覆性技術，超材料具有天然材料所不具備的超常物理性質，通過在材料關鍵物理尺度上的結構有序設計，突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。采用超材料的結構設計技術來實現準零剛度非線性特征，是近年提出的一種新思想。由于超材料的三向剛度具有可設計性，在保證橫向剛度情況下，能在主振方向實現極低的剛度，大大提高隔振性能，而且相比較準零剛度機構，準零剛度超材料隔振器具有結構簡單、可靠工程應用性強的特點。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種具有準零剛度的非線性超材料隔振器，能夠實現隔振器的準零剛度非線性特征，在保證系統穩定性的情況下，大大降低了隔振器的固有頻率，有效提高隔振效果。

一種具有準零剛度的非線性超材料隔振器，所述隔振器由結構件和隔振部件組成，所述隔振部件起隔振和緩沖作用，采用具有一定承載能力的高分子材料，隔振部件內部具有由超材料單胞周期性排列而成超材料結構，超材料單胞的幾何外形類似于半個六邊形，超材料結構是由超材料單胞在垂向和水平方向周期陣列得到；所述結構件采用金屬材料，結構件與隔振部件之間采用機械鎖固與膠結的復合方式連接。

進一步地，所述隔振部件中超材料單胞的結構構型是二維結構在第三維方向上的拉伸投影而成；所述幾何構型由豎臂、柔性鉸鏈、斜臂和抗拉連接桿組成，幾何構型具有六個約束參數：斜臂和水平方向的夾角角度θ，斜臂壁厚t_l，豎臂壁厚t_h，柔性鉸鏈處的半徑R_r，斜臂和抗拉連接桿交匯處倒圓半徑R_f和超材料單胞的深度D。