[發明專利]一種局域共振與顆粒阻尼協同作用的力學超材料隔振裝置

在審

• 申請號: 202310328856.0
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116292756A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 楊泰來;王毅澤;汪越勝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F16F15/08
• 分類號: F16F15/08;F16F15/02;F16N15/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種局域共振與顆粒阻尼協同作用的力學超材料隔振裝置，包括雙振子周期聲子晶體、柔性連接裝置、自潤滑面板和保護外殼；雙振子周期聲子晶體包括大六邊形格柵、小六邊形格柵、螺旋彈簧組和散體顆粒群；柔性連接裝置包括多孔連接板、均力梁和串聯碟簧組；大六邊形格柵之間為螺栓連接；小六邊形格柵作為普通局域振子置于大六邊形格柵內部，與大六邊形格柵通過螺旋彈簧組連接；散體顆粒群沿隔振裝置長邊方向間隔置于小六邊形格柵內，與小六邊形格柵組成顆粒阻尼局域振子；含兩種局域振子的大六邊形格柵周期排布，構成雙振子周期聲子晶體；聲子晶體通過柔性連接裝置與外部連接；自潤滑面板與聲子晶體上下表面接觸，并且嵌入保護外殼。

技術領域

本發明涉及人工力學超構材料技術領域，尤其涉及一種局域共振與顆粒阻尼協同作用的力學超材料隔振裝置。

背景技術

超材料是人為構造的具有周期特性的材料或結構，其具有天然材料所不具備的超常靜力學或動力學特性，此類材料中最典型的就是聲子晶體。該類周期結構具有Bragg散射所帶來的力學帶隙特性，即力學在帶隙(禁帶)頻率范圍內迅速衰減無法傳播。利用超材料的帶隙特性，可以抑制振動與彈性波的傳播，實現對振動與噪聲的控制。但若超材料晶格常數減小，或者基體材料彈性模量增大，Bragg散射型帶隙頻率會移向高頻區域，導致超材料在小尺度下難以在低頻范圍內開啟帶隙結構。

21世紀初，局域共振機制被引入到聲子晶體設計中，該機制相比于傳統的Bragg散射機制，可在同等幾何尺寸下實現更低頻波動帶隙。振動與彈性波在元胞之間傳遞時會將能量轉移到內、外質量上，而當元胞的內質量塊發生共振時，外質量振動幅值較小，傳遞到相鄰元胞的機械能降低，波動傳遞一定空間距離后很快衰減，振動與彈性波被阻斷。

顆粒阻尼技術是一種適應極端條件的被動減隔振技術，顆粒阻尼器通常為包含有顆粒的腔體結構，其利用顆粒之間以及顆粒與腔體內壁之間的碰撞和摩擦來消耗振動能量，進而達到隔振的目的。顆粒阻尼器結構簡單，隔振頻帶寬，可靠性高，在航空航天、土木和機械等領域均有應用。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種局域共振與顆粒阻尼協同作用的力學超材料隔振裝置，結合聲子晶體減振器、局域共振機制和顆粒阻尼器的優點，使其進行協同作用，在較寬頻率范圍內實現隔振降噪。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種局域共振與顆粒阻尼協同作用的力學超材料隔振裝置，包括雙振子周期聲子晶體、柔性連接裝置、自潤滑面板和保護外殼；

雙振子周期聲子晶體的上、下表面均與自潤滑面板接觸，雙振子周期聲子晶體的左、右兩端均與柔性連接裝置連接，自潤滑面板嵌入保護外殼中；

所述雙振子周期聲子晶體包括：大六邊形格柵、小六邊形格柵、螺旋彈簧組和散體顆粒群；

所述大六邊形格柵設有若干個，每個立面中心均設有通孔，彼此之間通過螺栓連接；所述小六邊形格柵的每個立面中心均設有通孔，并作為普通局域振子置于大六邊形格柵內部，與大六邊形格柵之間通過所述螺旋彈簧組連接；所述散體顆粒群沿力學超材料隔振裝置的長邊方向且間隔置于小六邊形格柵內，與小六邊形格柵共同作為顆粒阻尼局域振子；含普通局域振子和顆粒阻尼局域振子的大六邊形格柵沿平面周期排布，構成雙振子周期聲子晶體；

所述柔性連接裝置設有兩個，對稱設置于雙振子周期聲子晶體的左、右兩側，包括多孔連接板、均力梁和串聯碟簧組；所述多孔連接板設有若干個不同孔徑的通孔，其與均力梁之間通過串聯碟簧組連接，多孔連接板遠離均力梁的一側與外部構件通過螺栓連接；所述均力梁與相鄰大六邊形格柵之間均為螺栓連接；

所述自潤滑面板設有兩個，分別嵌入上、下保護外殼的限位卡槽之中；

所述保護外殼設有兩個，包括限位卡槽和通孔，所述通孔設有若干個，保護外殼之間通過螺栓對合固定連接。