CN104251274B - 基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、声子晶体缺陷态结构、钢箔及线圈；导磁钢板通过软磁材料件设置于导磁钢架的支撑部的顶端，线圈绕设于导磁钢架的支撑部上，声子晶体缺陷态结构设置于导磁钢架基座与导磁钢板之间，由矩阵排列的若干方形晶格缺陷态超元胞构成，钢箔设置于若干方形晶格缺陷态超元胞的层间。本发明所提供的隔振支座，引入一种声子晶体环形缺陷态结构，此外环形缺陷态结构对弹性波能量传播有非常强的局域作用，对中低频段弹性波振动有更好的阻隔作用。

Description

基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座
技术领域
本发明涉及材料、机械构造、电磁技术等领域，具体涉及一种工程结构中使用的隔振支座。
背景技术
磁流变弹性体由天然橡胶或者硅橡胶基体和磁性颗粒组成，磁性颗粒在外加磁场条件下会形成链状聚集结构，其力学性能可以利用外部磁场连续、迅速和可逆地控制它的磁流变效应，可以动态控制其刚度和阻尼。磁流变弹性体材料在航空航天、汽车、振动控制等领域具有广泛的应用前景。
声子晶体是由两种或两种以上弹性材料组成，具有弹性波禁带特性的周期性复合结构。弹性波在周期性复合结构中传播时形成能带结构，能带之间波无法传播的频率范围称为弹性波禁带。在禁带频率范围内，弹性波将会被抑制。声子晶体结构中组分的材料参数或几何结构发生变化，引起理想周期结构破坏称为缺陷。声子晶体存在缺陷时，其声波禁带范围内将产生缺陷态。缺陷态可将处于禁带范围内的弹性波局域在缺陷处，远离缺陷时，弹性波就迅速衰减，就好像缺陷被全反射墙包围起来一样。
现有的隔振支座多种多样，但是目前还没有采用声子晶体缺陷态结构磁流变弹性体的隔振支座。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声子晶体环形缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，能够对弹性波传播能量很强局域作用的。本发明的目的由以下技术方案实现：
一种基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、声子晶体缺陷态结构、钢箔及线圈；导磁钢板通过软磁材料件设置于导磁钢架的支撑部的顶端，线圈绕设于导磁钢架的支撑部上，声子晶体缺陷态结构设置于导磁钢架基座与导磁钢板之间，由矩阵排列的若干方形晶格缺陷态超元胞构成，钢箔设置于若干方形晶格缺陷态超元胞的层间。
作为具体的技术方案，所述方形晶格缺陷态超元胞由磁流变弹性体及横向嵌入该磁流变弹性体的3*3矩阵排列的铅柱体构成。
作为具体的技术方案，所述3*3矩阵排列的铅柱体中，中央的铅柱体的纵向截面为环形，该中央铅柱体四周的八个铅柱体的纵向截面为方形。
作为具体的技术方案，所述方形铅柱体纵向截面边长0.008m、环形铅柱体纵向截面内外径分别为0.004m和0.005m。
作为具体的技术方案，所述铅材料的参数为：密度ρPb＝11350kgm3，纵波波速CPbl＝2158m/s和横波波速CPbt＝860m/s，磁流变弹性体的橡胶基体中的铁颗粒的体积比27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg·m-3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg·m-3，泊松比0.47，钢箔的参数为：密度ρs＝7890kgm3,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s。
作为具体的技术方案，所述线圈产生的外磁场强度可调节范围为0－1000KA/m。
作为具体的技术方案，所述导磁钢架的支撑部设置于基座一侧，所述线圈绕设于该侧的支撑部上。
本发明的有益效果：本发明所提供的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，与目前的磁流变弹性体隔振支座不同，引入一种声子晶体环形缺陷态结构，此外环形缺陷态结构对弹性波能量传播有非常强的局域作用，对中低频段弹性波振动有更好的阻隔作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的隔振支座的构造示意图。
图2为本实施例提供的隔振支座中声子晶体缺陷态结构的弹性波禁带结构图及对应的透射系数图。
图3为本实施例提供的隔振支座中声子晶体缺陷态结构在禁带内缺陷态的振幅分布图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，包括：导磁钢架10、导磁钢板20、软磁材料件30、声子晶体缺陷态结构40、钢箔50及线圈60。
导磁钢架10由基座11和支撑部12构成，支撑部12设置于基座11上端一侧。软磁材料件30为大变形软磁材料件，设置于导磁钢架10一侧的支撑部12的顶端，导磁钢板20进而设置于软磁材料件30上端。线圈60绕设于导磁钢架10一侧的支撑部12上，用于产生外磁场，通电线圈外磁场强度可调节范围为0－1000KA/m。
声子晶体缺陷态结构40设置于导磁钢架基座11与导磁钢板20之间，声子晶体缺陷态结构40由矩阵排列的若干方形晶格缺陷态超元胞41构成。方形晶格缺陷态超元胞41由磁流变弹性体及横向嵌入该磁流变弹性体的3*3矩阵排列的铅柱体构成。所述3*3矩阵排列的铅柱体中，中央的铅柱体411的纵向截面为环形，该中央铅柱体四周的八个铅柱体412的纵向截面为方形。钢箔50设置于若干方形晶格缺陷态超元胞41的层间。
上述方形铅柱体412纵向截面边长0.008m、环形铅柱体411纵向截面内外径分别为0.004m和0.005m。具体地，本实施实例中选择的铅材料的参数为：密度ρPb＝11350kgm3，纵波波速CPbl＝2158m/s和横波波速CPbt＝860m/s，磁流变弹性体的橡胶基体中的铁颗粒的体积比27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg·m-3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg·m-3，泊松比0.47，钢箔的参数为：密度ρs＝7890kgm3,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s。
上述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，核心部件的声子晶体缺陷态结构40由矩阵排列的若干方形晶格缺陷态超元胞41构成，方形晶格缺陷态超元胞41由磁流变弹性体及横向嵌入该磁流变弹性体，在3*3的超元胞中间采用截面环形铅柱体代替方形柱体，构成声子晶体缺陷态结构。超元胞层间的导磁钢箔有利于形成均匀磁场。本发明实施例通过采用此设计，将三种材料构造成声子晶体缺陷态结构，对中低频段弹性波振动有较好的阻隔作用。声子晶体弹性波禁带受弹性材料弹性模量比值、弹性材料的排列、散射体的形状大小位置等影响，禁带范围内的弹性波能量局域受缺陷态的结构影响。
图2为本实施例提供的隔振支座中声子晶体缺陷态结构的弹性波禁带结构图及对应的透射系数图，支座在中低频范围内存在多个频段的禁带，在禁带范围内透射系数非常小，禁带范围内有缺陷形成的局域态。
图3为本实施例提供的隔振支座中声子晶体缺陷态结构在禁带内缺陷态的振幅分布图，可以明显看到能量局域在环形中间。通过支座可以对系统中低频段弹性波振动进行阻隔，环形缺陷态对弹性波能量传播有非常强的局域作用，可以有效地构造一个隔振系统。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，基于本发明创新主旨的、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当属于本申请揭露的范围。

Claims (7)

1.一种基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、声子晶体缺陷态结构、钢箔及线圈；导磁钢板通过软磁材料件设置于导磁钢架的支撑部的顶端，线圈绕设于导磁钢架的支撑部上，声子晶体缺陷态结构设置于导磁钢架基座与导磁钢板之间，由矩阵排列的若干方形晶格缺陷态超元胞构成，钢箔设置于若干方形晶格缺陷态超元胞的层间。
2.根据权利要求1所述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述方形晶格缺陷态超元胞由磁流变弹性体及横向嵌入该磁流变弹性体的3＊3矩阵排列的铅柱体构成。
3.根据权利要求2所述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述3＊3矩阵排列的铅柱体中，中央的铅柱体的纵向截面为环形，该中央铅柱体四周的八个铅柱体的纵向截面为方形。
4.根据权利要求3所述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述方形铅柱体纵向截面边长0.008m、环形铅柱体纵向截面内外径分别为0.004m和0.005m。
5.根据权利要求4所述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述铅柱体的参数为：密度ρPb＝11350kg/m3，纵波波速CPbl＝2158m/s和横波波速CPbt＝860m/s，磁流变弹性体的橡胶基体中的铁颗粒的体积比27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg·m-3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg·m-3，泊松比0.47，钢箔的参数为：密度ρs＝7890kg/m3,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s。
6.根据权利要求1所述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述线圈产生的外磁场强度可调节范围为0－1000KA/m。
7.根据权利要求6所述的基于声子晶体缺陷态结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述导磁钢架的支撑部设置于基座一侧，所述线圈绕设于该侧的支撑部上。
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