[發明專利]一種彈性波匯聚裝置及其用途

有效

• 申請號: 201910538421.2
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110287580B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 高赫軒;向志海
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 關艷芬

1.一種應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置，其特征在于，所述彈性波匯聚裝置具有空心圓柱體形狀；并且，所述彈性波匯聚裝置由非均勻橫觀各向同性材料制成，其軸向的任一橫截面由多個微元組成，將所述多個微元中每一個微元等效為均勻材料，則該每一個微元的材料參數滿足以下條件：(1)所有微元的等效密度均相等：(2)所有微元的面內等效泊松比均相等，且該面內等效泊松比趨近于1；(3)每一個微元的面內等效剪切模量與該微元的中心點距該橫截面的圓心的距離的平方成正比例關系，其中所述面內指橫觀各向同性面內；以使得在使用時，從所述彈性波匯聚裝置的外圓環表面以任意角度傳入的彈性波，將沿著所述彈性波匯聚裝置的內部傳輸并匯聚到所述彈性波匯聚裝置的內圓環表面，以實現對所述彈性波的吸收；

所述彈性波匯聚裝置的中心空洞處設置有能量收集裝置，用于儲存匯聚至所述彈性波匯聚裝置的內圓環表面的彈性波的能量；

或者，

所述彈性波匯聚裝置的中心空洞處設置有能量耗散材料，用于消耗掉匯聚至所述彈性波匯聚裝置的內圓環表面的彈性波的能量；

或者，

所述彈性波匯聚裝置的外圓環與內圓環之間的表面形成彎曲的弧度，使得從所述彈性波匯聚裝置的外圓環表面傳入的彈性波在匯聚到所述彈性波匯聚裝置的內圓環表面的同時改變自身的傳播方向，以將所述彈性波引導向該彎曲的方向。

2.根據權利要求1所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置，其特征在于，每一個微元的面內等效泊松比在0.9-1范圍內。

3.根據權利要求1或2所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置，其特征在于，所述微元為六邊形蜂窩單元。

4.根據權利要求3所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置，其特征在于，所述六邊形蜂窩單元的壁厚和邊長通過以下公式確定：

其中，ρ*、ν*和μ*分別為所述六邊形蜂窩單元的等效密度、面內等效泊松比和面內等效剪切模量；ρ_s、ν_s和E_s分別為構成所述六邊形蜂窩單元的材料的密度、泊松比和楊氏模量；h和l分別為所述六邊形蜂窩單元的相鄰兩邊的外邊長；h_b和l_b分別為所述六邊形蜂窩單元的與外邊長h和l相對應的內邊長；t為相鄰的兩個六邊形蜂窩單元的壁厚之和；θ為所述六邊形蜂窩單元的該相鄰兩邊中的一邊與另一邊的法線之間的夾角。

5.根據權利要求4所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置，其特征在于，通過在六邊形蜂窩單元的相對的兩側內壁上設置質量塊，補償由于壁厚不同引起的六邊形蜂窩單元的質量變化。

6.根據權利要求1或2所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置，其特征在于，所述彈性波匯聚裝置的外圓環表面周圍還包裹有用于導波的材料，以使所述彈性波匯聚裝置的外輪廓形成為指定的幾何形狀。

7.一種根據權利要求1-6中任一項所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置在建筑物減振中的用途，其特征在于，圍繞建筑物設置所述彈性波匯聚裝置，以吸收彈性波。

8.一種根據權利要求1-6中任一項所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置在地鐵振動信號隔離中的用途，其特征在于，在地鐵軌道的兩側設置所述彈性波匯聚裝置，以吸收地鐵運行所產生的彈性波。

9.一種根據權利要求1-6中任一項所述的應用于低頻彈性波的彈性波匯聚裝置作為交通工具的緩沖器的用途。