CN107289055A - 三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座 - Google Patents

三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座 Download PDF

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Abstract

一种三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、局域共振型超材料模块、钢箔及线圈；导磁钢架具有基座及基座上方一侧设置的支撑部，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，线圈绕设于所述支撑部上，局域共振型超材料模块设置于导磁钢架的基座与导磁钢板之间，局域共振型超材料模块由矩阵排列的若干立方体晶格局域共振型超材料单元构成，钢箔设置于若干局域共振型超材料单元的层间；所述局域共振型超材料单元由立方体钨内核、钨内核外围设置的磁流变弹性体包层、及磁流变弹性体包层外围设置的环氧树脂基体组成。本发明能够实现中低频段弹性波的阻隔，而且可以调节频段的位置和宽度。

Description

三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座
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。
声学超材料是具有亚波长尺寸的新型人工微结构，可以灵活调控和操纵波长高于晶格尺寸两个数量级的弹性波的传播。局域共振型声学超材料的每个单元有独立的机械振动，其禁带所对应的波长远远大于晶格的尺寸，单元尺寸可以很小，使得低频噪声和振动控制的元件化成为可能。局域共振型超材料在隔振领域的应用具有显著的优势。
现有的隔振支座多种多样，但是目前还没有采用磁流变弹性体作为包层的三维局域共振型超材料的隔振支座。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座，能够实现中低频段弹性波的阻隔，而且可以调节频段的位置和宽度。本发明的目的由以下技术方案实现：
一种三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、局域共振型超材料模块、钢箔及线圈；导磁钢架具有基座及基座上方一侧设置的支撑部，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，线圈绕设于所述支撑部上，局域共振型超材料模块设置于导磁钢架的基座与导磁钢板之间，局域共振型超材料模块由矩阵排列的若干立方体晶格局域共振型超材料单元构成，钢箔设置于若干局域共振型超材料单元的层间；所述局域共振型超材料单元由立方体钨内核、钨内核外围设置的磁流变弹性体包层、及磁流变弹性体包层外围设置的环氧树脂基体组成。
作为具体的技术方案，所述局域共振型超材料单元中，立方体钨内核边长均为0.0175m，加上磁流变弹性体立方体包层后各边长为0.0225m，加上嵌入环氧树脂基体后构成的单元的各边长为0.025m。
作为具体的技术方案，所述局域共振型超材料单元中，钨内核的钨材料的参数为：密度ρt＝19.3×103kg/m3,纵波波速Ctl＝5.09×103m/s和横波波速Ctt＝2.80×103m/s；环氧树脂材料的参数为：密度ρe＝1.2×103kg/m3,纵波波速Cel＝2.83×103m/s和横波波速Cet＝1.16×103m/s；所述磁流变弹性体为包含有铁颗粒的橡胶基体，橡胶基体中的铁颗粒的体积比为27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg/m3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg/m3，泊松比为0.47。
作为具体的技术方案，所述钢箔的参数为：密度ρs＝7890kg/m3,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s。
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0-10KOe。
本发明提供的三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座，填补了目前该领域的空白，能够实现中低频段弹性波的阻隔，而且可以调节频段的位置和宽度。
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为本发明实施例提供的隔振支座中局域共振型超材料单元的构造示意图。
图3为本发明实施例提供的隔振支座中局域共振型超材料单元的弹性波禁带结构图及对应的透射系数图。
图4为本发明实施例提供的隔振支座中局域共振型超材料单元在外磁场调节下的最低频段弹性波禁带结构变化图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座包括：导磁钢架10、导磁钢板20、软磁材料件30、局域共振型超材料模块40、钢箔50及线圈60。导磁钢架10具有基座11及基座11上方一侧设置的支撑部12，导磁钢板20通过软磁材料件30设置于导磁钢架的支撑部12的顶端，线圈60绕设于导磁钢架10的支撑部12上，局域共振型超材料模块40设置于导磁钢架10的基座11与导磁钢板20之间，局域共振型超材料模块40由矩阵排列的若干立方体晶格局域共振型超材料单元41构成，钢箔50设置于若干局域共振型超材料单元41的层间。
结合图2所示，局域共振型超材料单元41由立方体钨内核411、钨内核411外围设置的磁流变弹性体包层412、及磁流变弹性体包层412外围设置的环氧树脂基体413组成。立方体局域共振型超材料单元41中，立方体钨内核边长均为0.0175m，加上磁流变弹性体立方体包层后各边长为0.0225m，嵌入环氧树脂基体构成的单元的各边长为0.025m。钨内核411的钨材料的参数为：密度ρt＝19.3×103kg/m3,纵波波速Ctl＝5.09×103m/s和横波波速Ctt＝2.80×103m/s。环氧树脂材料的参数为：密度ρe＝1.2×103kg/m3,纵波波速Cel＝2.83×103m/s和横波波速Cet＝1.16×103m/s。磁流变弹性体为包含有铁颗粒的橡胶基体，橡胶基体中的铁颗粒的体积比为27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg/m3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg/m3，泊松比为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。此外，所述线圈60产生的外磁场强度可调节范围为0-10KOe。
图3为本实施例提供的隔振支座中三维局域共振型超材料结构的弹性波禁带结构图及对应的透射系数图。图4为本实施例提供的隔振支座中三维局域共振型超材料结构在外磁场调节下的最低频段弹性波禁带结构变化图。可见，本发明能够实现中低频段弹性波的阻隔，而且可以调节频段的位置和宽度。
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 (5)

1.一种三维可调谐局域共振型超材料磁流变隔振支座，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、局域共振型超材料模块、钢箔及线圈；导磁钢架具有基座及基座上方一侧设置的支撑部，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，线圈绕设于所述支撑部上，局域共振型超材料模块设置于导磁钢架的基座与导磁钢板之间，局域共振型超材料模块由矩阵排列的若干立方体晶格局域共振型超材料单元构成，钢箔设置于若干局域共振型超材料单元的层间；其特征在于，所述局域共振型超材料单元由立方体钨内核、钨内核外围设置的磁流变弹性体包层、及磁流变弹性体包层外围设置的环氧树脂基体组成。
2.根据权利要求1所述的隔振支座，其特征在于，所述局域共振型超材料单元中，立方体钨内核边长均为0.0175m，加上磁流变弹性体立方体包层后各边长为0.0225m，加上嵌入环氧树脂基体后构成的单元的各边长为0.025m。
3.根据权利要求2所述的隔振支座，其特征在于，所述局域共振型超材料单元中，钨内核的钨材料的参数为：密度ρt＝19.3×103kg/m3,纵波波速Ctl＝5.09×103m/s和横波波速Ctt＝2.80×103m/s；环氧树脂材料的参数为：密度ρe＝1.2×103kg/m3,纵波波速Cel＝2.83×103m/s和横波波速Cet＝1.16×103m/s；所述磁流变弹性体为包含有铁颗粒的橡胶基体，橡胶基体中的铁颗粒的体积比为27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg/m3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg/m3，泊松比为0.47。
4.根据权利要求3所述的隔振支座，其特征在于，所述钢箔的参数为：密度ρs＝7890kg/m3,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s。
5.根据权利要求3或4所述的隔振支座，其特征在于，所述线圈产生的外磁场强度可调节范围为0-10KOe。
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