[發(fā)明專利]一種具有主動調(diào)控功能的準(zhǔn)零剛彈性波超材料隔振裝置

在審

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• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113446342A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王毅澤;汪智
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F16F7/104
• 分類號: F16F7/104
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

本發(fā)明公開一種具有主動調(diào)控功能的準(zhǔn)零剛彈性波超材料隔振裝置，其特征在于，包括隔振臺、質(zhì)量塊連桿機構(gòu)和負(fù)容電路；所述質(zhì)量塊連桿機構(gòu)由依次交替連接的大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊組成，所述大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊上均設(shè)有四個貫通的連接孔，所述連接孔內(nèi)安裝有鉸接軸，相鄰的一個大質(zhì)量塊和一個小質(zhì)量塊的同側(cè)之間通過兩個交叉布置的連桿鉸接；連接大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊的最外側(cè)的連桿上均設(shè)置有壓電片，每個壓電片均與負(fù)電容電路連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人工彈性波超構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及主動調(diào)控低頻彎曲波的準(zhǔn)零剛超材料裝置。

背景技術(shù)

近年來，彈性波超材料逐漸成為一個熱門的科學(xué)研究方向，國內(nèi)外諸多領(lǐng)域的學(xué)者均對其展開了深入的研究，并且取得了許多具有實際應(yīng)用價值的成果，實現(xiàn)了相關(guān)領(lǐng)域的一些工程裝備。其中有一類材料常數(shù)呈周期變化、具有彈性波帶隙特性的人造周期結(jié)構(gòu)的彈性波超材料，被稱之為聲子晶體。當(dāng)某一彈性波的頻率處于此類彈性波超材料的帶隙范圍之內(nèi)時，則該特定頻率彈性波將無法在上述結(jié)構(gòu)中傳播，從而實現(xiàn)了對該特定頻率彈性波的隔離。由于此類彈性波超材料具有如此的特性，因此可以應(yīng)用于隔振以及降噪等方面，在工程技術(shù)領(lǐng)域的前景十分廣闊。例如，可以將此類特性應(yīng)用于高精度實驗儀器的減振以及航空航天、國防軍工等領(lǐng)域的隔振降噪方面。但是，由于此類材料與結(jié)構(gòu)自身的局限性，其并不能直接廣泛地應(yīng)用于各類實際工程問題之中。這是因為此類系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)的不同，所產(chǎn)生的頻率禁帶范圍不同。在面對實際工程中復(fù)雜且范圍較寬的振動頻率，并不能方便調(diào)節(jié)。

同時，在低頻范圍內(nèi)的隔振問題同樣也是當(dāng)前研究現(xiàn)狀中需要攻克的難點。準(zhǔn)零剛彈性波超材料是一種近年來實現(xiàn)低頻帶隙的設(shè)計方法。通過采用準(zhǔn)零剛度的周期結(jié)構(gòu)形式，使得其中準(zhǔn)零剛振子可以具有高靜態(tài)低動態(tài)的剛度特性，將振子周期性排布，便可型成新型彈性波超材料。例如，采用正負(fù)彈簧并聯(lián)結(jié)構(gòu)從而獲得較低的整體系統(tǒng)剛度，進(jìn)而降低整體的固有頻率，實現(xiàn)在低頻甚至超低頻范圍內(nèi)彈性波與振動的隔離。

因此，目前此領(lǐng)域研究的重點是在實現(xiàn)能夠主動控制聲子晶體與彈性波超材料禁帶范圍的基礎(chǔ)上，同時實現(xiàn)低頻彈性波的隔離問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有主動調(diào)控功能的準(zhǔn)零剛彈性波超材料隔振裝置。本發(fā)明通過參考一種直線型設(shè)計，在原結(jié)構(gòu)通帶范圍內(nèi)，通過在彈性波超材料中引入負(fù)電容電路的壓電片，給電路通電，使質(zhì)量塊連桿機構(gòu)中某幾處的等效彈性模量發(fā)生變化，這樣可以使質(zhì)量塊連桿機構(gòu)通帶中一定頻率下的彎曲波被禁止傳播，在其中以附加壓電片的方式改變局部彈性模量來實現(xiàn)主動控制。并且采用有限元數(shù)值計算以及實驗方法，研究了壓電片通電前后特定頻率范圍內(nèi)彈性波在其中傳播時的具體特性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種具有主動調(diào)控功能的準(zhǔn)零剛彈性波超材料隔振裝置，包括質(zhì)量塊連桿機構(gòu)和負(fù)容電路；所述質(zhì)量塊連桿機構(gòu)由依次交替連接的大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊組成，所述大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊上均設(shè)有四個貫通的連接孔，所述連接孔內(nèi)安裝有鉸接軸，相鄰的一個大質(zhì)量塊和一個小質(zhì)量塊的同側(cè)之間通過兩個交叉布置的連桿鉸接；連接大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊的最外側(cè)的連桿上均設(shè)置有壓電片，每個壓電片均與負(fù)電容電路連接。

進(jìn)一步的，所述大質(zhì)量塊和小質(zhì)量塊均由白色的光敏樹脂材料構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述壓電片為PZT-5H矩形壓電片，固有彈性模量為77.5GPa，并且能夠通過外接電路調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，本隔振裝置在未通電情況下，禁帶范圍為350Hz-800Hz、1460Hz-2530Hz；當(dāng)調(diào)節(jié)負(fù)電容電路控制壓電片的等效彈性模量為110GPa時，此時禁帶范圍為300Hz-1000Hz、1150Hz-2400Hz。