[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

本發明提供了一種彈性波匯聚裝置及其用途。該匯聚裝置具有空心圓柱體形狀；并且，該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，將該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：(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彼此相等且趨近于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；如此，從該匯聚裝置的外圓環表面以任意角度傳入的彈性波，將沿著該匯聚裝置的內部傳輸并匯聚到該匯聚裝置的內圓環表面，以實現對彈性波的吸收。該匯聚裝置可應用于建筑物減振、地鐵振動信號隔離、交通工具緩沖減振。

技術領域

本發明涉及減振吸能技術領域，特別是一種彈性波匯聚裝置及其用途。

背景技術

交通工具的出現方便了人們的生活，但與此相伴的振動、噪聲問題卻帶來了負面的影響，例如地鐵經過時的振動、夜晚公路上重型卡車的振動等等。同樣，這些振動也會對設備(尤其是精密儀器)造成傷害，地震更是會對建筑物甚至重要的儲備資源帶來災難性的破壞。公路的不平整對車輛造成的振動會損傷車內的運載物品。飛機著陸時地面對起落架的沖擊，如果缺乏有效的緩沖減振，也會傳播到整個機體，影響機體的壽命。

所有的這些振動或沖擊問題都和彈性波有關。在目前的彈性波減振技術中，彈簧阻尼減振器是最常見的減振手段之一。但是，在低頻彈性波的減振環境中，由于低頻彈性波的波長較大，彈性波可能發生繞射現象而且阻尼很低，從而使這類減振器無法發揮應有的減振效果。特別是在地鐵減振領域，主要利用盾構隧道配合鋼彈簧浮置板等減振措施。這些減振措施對于地鐵引起的中高頻振動衰減有較為明顯效果，但對于低頻振動的衰減效果極為有限。

繞波方法是通過設計材料屬性在空間的分布來改變彈性波傳播的路徑，令其繞過需要隔振的部件而實現減振的一種方法。通過控制彈性波的傳播路徑，不僅可以令彈性波繞過需要被保護的物體，令其不會帶來嚴重的擾動，甚至還可以使彈性波匯聚，收集并利用其攜帶的能量，即，類似于形成彈性波黑洞，該彈性波黑洞可以在一定的范圍內捕獲各種形式傳播的彈性波并將彈性波匯聚到中心。但是，如何控制彈性波的傳播是一個很難的反問題，這是因為彈性波的成分復雜，既有縱波也有剪切波，還可能有各種形式的耦合波，并且描述彈性波傳播介質的彈性張量是四階張量(81個分量)，這使得通過希望得到的場變量來反推材料參數非常困難。

發明內容

鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的彈性波匯聚裝置及其用途。

根據本發明實施例的一方面，提供了一種彈性波匯聚裝置，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。

可選地，每一個微元的面內等效泊松比在0.9-1范圍內。

可選地，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，