[實用新型]一種帶有非線性能量阱的周期結構

有效

• 申請號: 201921451941.1
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN211525407U
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 萬水;周鵬;王國清;李志聰;符俊冬;王瀟;年玉澤;李夏元;程紅光;蘇強;朱營博;徐皓甜
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F16F7/104
• 分類號: F16F7/104
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本實用新型型涉及一種帶有非線性能量阱(NES)的周期結構，包括板基體，按照周期性或者擬周期性排列設置在所述基體上m行n列的非線性能量阱，其中非線性能量阱由非線性彈簧、阻尼器和一個小質量塊組成。也可以先在板上凸起設置m行n列的由一層軟材料和一層硬材料堆疊成的散射體振子，再在每個振子上設置非線性能量阱。當瞬態沖擊作用在該周期結構上時，經過設計形成的該亞波長的周期結構能將瞬態沖擊能量局部化到非線性附加質量上，從而高效抑制基體結構的瞬態振動。與傳統的吸振抗沖擊結構相比，這種帶有非線性能量阱的周期結構具有附加質量小、振動抑制頻帶寬、可完成定向靶能量傳遞、可靠性高、魯棒性強、無需外界提供能源等優點，在沖擊以及沖擊防護領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明型涉及一種周期結構,特別是涉及一種帶有非線性能量阱的周期結構，屬于沖擊與沖擊防護材料制造的技術領域。

背景技術

周期結構，又稱聲子晶體，聲子晶體的概念由光子晶體衍生而來，在聲子晶體中，彈性常數和密度不同的材料周期的進行排列,相互之間連通的材料稱為基體,不連通的材料稱為散射體。振動通常是以彈性波的形式在周期結構中傳播，彈性波帶隙又可稱為振動帶隙。周期結構的彈性波帶隙可用于減振，一方面可以為高精度加工系統提供一定頻率范圍內的無振動加工環境，保證較高的加工精度要求；另一方面可以為特殊精密儀器或設備提供一定頻率范圍內的無振動工作環境，提高工作精度和可靠性，同時延長其使用壽命。

非線性能量阱(nonlinear energy sink，NES)的概念提出于2000年左右，它是在動力吸振器的基礎上發展出來的。線性動力吸振器需要與主結構發生共振以實現減振，這導致其只能應用于振動頻率變化較小的設備。弱非線性動力吸振器能夠在一定程度上拓寬減振頻帶，然而它仍然只能從某一特定頻帶吸收振動能量。半主動式、主動式和混合式吸振器設計，使動力吸振器具有頻率跟蹤或多頻帶減振能力，然而這些方案需要額外的能源裝置和控制器，因此其應用存在很大局限性。非線性能量阱是一種具有純非線性剛度的吸振器，由于具有寬頻吸振、輕質等優點，吸引了大量研究者的關注。研究表明，非線性能量阱的吸振效能要明顯高于傳統被動式吸振器。近年來，非線性能量阱被用于抑制多種結構的振動。

發明內容

技術問題：本發明型的目的是提供一種帶有非線性能量阱的周期結構，通過在基體板上周期性設置非線性的能量阱，從而實現對瞬態沖擊能量的抑制和吸收。

技術方案：本發明型是一種帶有非線性能量阱的周期結構，該周期結構包括板基體，以及按照周期性或者擬周期性排列在所述板基體上凸起設置的m行 n列的非線性能量阱；其中非線性能量阱由非線性彈簧、阻尼器和一個小質量塊組成；小質量塊位于板基體的上方，非線性彈簧和阻尼器分別位于板基體和小質量塊之間。

在板基體上凸起設置m行n列的由一層軟材料和一層硬材料堆疊成的振子，再在每個振子上設置非線性能量阱。

所述的非線性能量阱和凸起設置的由軟材料和硬材料堆疊成的散射體振子在板基體上為單側或者雙側布置。

所述的非線性能量阱的小質量塊為圓柱形，長方體形或者球形。

所述的軟材料和硬材料的形狀相同或不同，為圓柱形，長方體形。

所述的板基體、非線性能量阱的小質量塊以及軟材料、硬材料的厚度相同或不同。

所述的m行n列的非線性能量阱組成周期結構的最小的重復單元叫做單胞，各單胞之間的排列形狀可以是正方形或正三角形。

所述的板基體的材料為金屬、混凝土、陶瓷、纖維增強復合材料或橡膠、聚氨酯材料；軟材料為橡膠或聚氨酯高分子材料；硬材料和非線性能量阱的小質量塊的材料為金屬、混凝土、陶瓷或纖維增強復合材料。

有益效果：與現有技術相比，本發明型具有以下優勢：

1)該周期結構相對于其他振動能量吸收器件尺寸小，造價低。同時制作方便，便于標準化生產。