[發明專利]一種具有多次級振子的局域共振周期結構

在審

• 申請號: 202011182118.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112365871A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 盛美萍;方正;何元安
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G10K11/172
• 分類號: G10K11/172
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于振動噪聲控制技術領域，具體涉及一種具有多次級振子的局域共振周期結構，該結構包括彈性底座、框架、彈性柱和質量塊；彈性底座和其表面整體質量構成初級諧振結構，框架上各個彈性柱和質量塊構成多個次級子諧振結構，所述結構周期安裝在待抑振處理結構的表面。通過各階振子的共振，將振動能量轉化為各階振子的動能，極大地耗散掉被控結構的振動能量，從而實現多頻段振動的控制。目的在于利用多模態、寬頻帶的設計，更好地適應工程中的減振需求。

技術領域

本發明屬于振動噪聲控制技術領域，具體涉及一種具有多次級振子的局域共振周期結構。

背景技術

振動存在于各個領域，且多為有害振動，儀器設備的振動不僅影響精密設備的精度，還會損壞設備，減少設備的正常使用壽命，甚至直接導致設備不能正常使用；大型機械產生的振動隨著地表向外傳播，對工廠以及附近居民的房屋墻體造成損壞；城市中交通工具的行駛、城市作業以及日常生活都會產生大量的振動，市民長期暴露在這種環境中，輕則使人感到厭煩，加速身體疲勞，降低工作效率，嚴重時甚至會危害人的健康。目前對于振動的控制運用較為廣泛的方法有：動力吸振、振動隔離、阻尼減振等，然而傳統的減振方式由于安裝工藝、安裝空間等限制，對低頻振動的控制往往難以實現。

局域共振周期結構能產生相對低頻的帶隙，帶隙范圍內彈性波將無法傳播，相比于傳統減振方式能真正實現利用小尺寸結構來控制大波長彈性波，但目前已有的局域共振周期結構往往只能產生單一帶隙，且低頻帶隙較窄，仍需要多模態、寬帶隙的設計，以期更好地適應工程中的減振需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有多次級振子的局域共振周期結構。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種具有多次級振子的局域共振周期結構，包括彈性底座、框架、彈性柱和質量塊。局域共振周期結構胞元包括兩級諧振結構，質量塊內部設置通孔，通孔形狀與彈性柱截面形狀相同，二者尺寸一致，彈性柱貫穿質量塊，并與質量塊緊密貼合，所述框架由多個側邊框和一個中心柱以及頂端和底端的長邊框一體形成，框架的每個側邊框上設置有通孔，每個側邊框相對的框架中心柱側面上設置有相應的盲孔，兩孔的尺寸與彈性柱截面尺寸一致，盲孔的深度與通孔一致，相對應的一對孔處于同一軸線上，彈性柱兩端插入一對孔中使其兩端固定，橫掛在框架內，每個彈性柱與設置在其上的質量塊構成一個次級子諧振結構。框架固定連接于彈性底座上表面，構成初級諧振結構。所述彈性底座和彈性柱均為彈性阻尼材料，所述局域共振周期結構周期安裝在待抑振處理結構的表面。

優選的，所述質量塊選用圓柱體、球體、錐體等形狀。

優選的，所述框架及質量塊為高密度、高模量不易變形的材料。

優選的，所述框架可有多個側邊框，每個側邊框與框架中心柱間可設置一個次級子諧振結構。

優選的，所述彈性底座和各彈性柱根據待抑振結構的模態選用合適模量的材料。

優選的，所述彈性底座和各彈性柱材料在滿足模量的要求下選用具有較大阻尼的材料。

優選的，所述彈性底座截面可以是多邊形、圓形及不規則形狀。

優選的，所述具有多次級振子的局域共振周期結構胞元等間距排列在待抑振結構表面，排列形式不限，可為簡單正方、簡單六角、簡單斜方等形式。

本發明基于局域共振周期結構的帶隙理論，局域共振周期結構能產生低頻帶隙，在無限大周期結構的帶隙范圍內，彈性波將無法傳播，有限大周期結構的帶隙范圍內，彈性波被極大抑制，帶隙的起始頻率與局域共振胞元結構的彈性參數有關，帶隙的寬度與胞元的質量占比、阻尼有關，阻尼具有拓寬帶隙的作用，因此可以通過多帶隙的設計將多條頻率位置相近的帶隙通過阻尼的效果整合起來，形成更寬的低頻帶隙。