CN108036013A - 一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，涉及结构隔震技术领域，包括外圆柱套筒、圆形盖板、环形盖板、圆板隔层、线圈、圆形永磁体、导磁钢板、隔磁支撑柱筒、隔磁套筒、MRE、散射体、MRP、隔磁垫片、钢质导磁圆板隔层、上承托板、下承托板、螺栓、密封环、导磁声子晶体护筒。本发明引入三维声子晶体结构，以MRE为基体，散射体以立方晶格形式排列其中。本发明可用于机械工程行业中，其在磁场的作用下，声子晶体带隙智能可调。三维声子晶体对于三个方向的振动均有阻隔作用，达到更好的隔震效果。同时，三维声子晶体结构形式的设计实现了小尺寸控制大波长，从而对于中低频率的振动波有较好的阻隔作用。
Description
技术领域
本发明主要涉及结构隔震技术领域，基于MRE，尤其涉及到一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置。
背景技术
一直以来振动造成的灾害都不可估量，对人们的身心健康也都有极大的伤害。因此简单高效的隔震装置是研究学者们所一直追求的。
智能材料像形状记忆合金、压电陶瓷、电磁流变液的应用使得隔震技术有了一个新的方向。磁流变材料在磁场条件下力学性能可控的特点，使得隔震技术有了新的思路。尤其是磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer，简称MRE)和磁流变塑性体(Magentorheological Plastomers，简称MRP)，与普通磁流变液(MagnetorheologicalFluid，简称MRF)相比，MRE 不但具有可控性、可逆性、响应迅速等高技术特征，还具有稳定性好等独特的优点，在磁场控制下，其阻尼和弹性模量可迅速变化，利用这个特性，可将MRE运用在智能隔震装置中。而MRP，既克服了MRF颗粒沉降问题，又保持了MRE稳定性好的优点，类似于橡皮泥。
近年来，声子晶体在隔震技术上的使用越来越多，声子晶体的一个最重要的特征是其具有弹性波带隙，即一定频率范围内的弹性波会被声子晶体吸收。改变声子晶体材料本身的性质，可实现智能调控声子晶体的带隙宽度。基于磁流变弹性体弹性模量在磁场环境下可调的性质，从而改变声子晶体的带隙范围。
目前的国内专利中，很少有将声子晶体结构引入隔震器的设计当中，基于磁流变弹性体引入三维声子晶体的专利更是很少。中国专利(申请号201710168136.7)公开的“一种磁流变液隔振器”，引入一维声子晶体结构，并结合了磁流变液阻尼器，实现对中低频段弹性波的阻隔，但MRF存在沉降问题，且阻隔弹性波限制在一维方向；中国专利(申请号201410323392.5)公开的“基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座”，一维声子晶体结构采用三组分结构周期叠层设计，也是限制在一维方向的弹性波阻隔。中国专利(申请号 201410377170.1)公开的“一种基于形状记忆合金带隙可调的声子晶体”实现了一维声子晶体的周期材料的周期数增加，隔震效果提高，但仍局限在声子晶体周期方向的隔震。本发明将三维声子晶体与磁流变弹性体结合，克服了磁流变液的沉降问题，三维声子晶体小尺寸控制大波长的特性使该隔震器对中低频段的波长实现三维阻隔作用，且在磁场的作用下声子晶体带隙智能可调。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明设计一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，与现有智能隔震器相比，三维声子晶体的引入使得该结构对于三维方向上的中低频振动波均可以阻隔。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，包括外圆柱套筒、圆形盖板、环形盖板、圆板隔层、线圈、圆形永磁体、导磁钢板、隔磁支撑柱筒、隔磁套筒、MRP、隔磁垫片、钢质导磁圆板隔层、上承托板、下承托板、密封环和导磁声子晶体护筒；
从上到下依次为上承托板、圆板隔层、圆形盖板；所述圆形盖板和圆板隔层中间设置隔磁垫片；所述上承托板、圆板隔层、隔磁垫片和圆形盖板用螺钉连接；所述圆形盖板下表面与隔磁支撑柱筒相连接；所述隔磁支撑柱筒为圆环结构；所述上承托板、圆板隔层、圆形盖板和隔磁支撑柱筒组成隔震装置的上部结构；
所述环形盖板和外圆柱套筒通过螺栓连接；外圆柱套筒和下承托板通过螺栓连接；环形盖板、外圆柱套筒和下承托板组成隔震装置的下部结构；
所述环形盖板为环状结构；所述隔磁支撑柱筒置于外圆柱套筒内；所述环形盖板与圆形盖板等高布置；且环形盖板内环与圆形盖板外圈之间设置有MRP；
所述隔磁支撑柱筒内设置有导磁声子晶体护筒；所述导磁声子晶体护筒内沿竖直方向设置有数个圆形永磁体；且圆形永磁体上下均布置导磁钢板；所述永磁体之间设置有三维声子晶体；所述线圈设置在外圆柱套筒内圈与隔磁支撑柱筒外圈之间。
进一步的，所述线圈外设置有隔磁套筒。
进一步的，所述隔磁套筒紧靠外圆柱套筒，并和隔磁支撑柱筒预留一定的工作间隙。
进一步的，所述MRP与环形盖板和圆形盖板之间通过密封环封闭。
进一步的，所述永磁体个数为3个。
进一步的，所述三维声子晶体以MRE为基体，散射体以立方晶格方式排列在MRE内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明设计针对被动控制范畴的隔震装置，布置线圈，通过改变通入线圈电流大小，改变磁场强度，进而改变MRE的弹性模量，三维声子晶体的带隙宽度和范围随着MRE的性质发生改变，从而实现隔震装置的智能调节能力。同时，永磁体的设置使得隔震主体结构在没有通电的情况下也可以工作。
2、本发明基于智能MRE并且采用三维声子晶体的结构形式，实现小尺寸控制大波长，能够更好的阻隔中低频段的振动。
3、本发明针对现有一维声子晶体限制在一维方向震动的阻隔，引入三维声子晶体结构形式，能够阻隔三个方向的振动波。
附图说明
图1为本发明的内部结构图；
图2为本发明的散射体布置与隔震主体与永磁体布置图；
图3为本发明的磁路图；
图4为本发明的上部结构图；
图5为本发明的下部结构图；
图6为本发明的横向剖面图。
附图标记如下：
1-外圆柱套筒；2-圆形盖板；3-环形盖板；4-圆形隔层；5-线圈；6-圆形永磁体；7-导磁钢板；8-隔磁支撑柱筒；9-隔磁套筒；10-工作间隙；11-MRE；12-散射体；13-MRP；14-隔磁垫片；15-钢质导磁圆板隔层；16-上承托板；17-下承托板；18-螺栓孔；19-导线孔；20-螺栓；21-密封环；22-导磁声子晶体护筒。
具体实施方式
为对本发明做进一步的了解，现以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
结合附图1所示的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，包括外圆柱套筒1、圆形盖板2、环形盖板3、圆板隔层4、线圈5、圆形永磁体6、导磁钢板7、隔磁支撑柱筒8、隔磁套筒9、MRE11、散射体12、MRP13、隔磁垫片14、钢质导磁圆板隔层15、上承托板16、下承托板17、螺栓20、密封环21、导磁声子晶体护筒22。圆形盖板2和圆板隔层4中间设置隔磁垫片14，上承托板16、圆板隔层4、隔磁垫片14和圆形盖板2用螺栓连接；圆形盖板2和隔磁支撑柱筒8用螺栓20连接；
结合附图4，上承托板16、圆板隔层4、圆形盖板2和隔磁支撑柱筒8共同组成隔震装置的上部结构；
结合附图5，环形盖板3和外圆柱套筒1通过螺栓20连接；外圆柱套筒1和下承托板17通过螺栓20连接；环形盖板3、外圆柱套筒1和下承托板17共同组成隔震装置的下部结构，见图5；上部结构和下部结构之间设置MRP13，用密封环21封闭，并设置隔磁垫片14；圆形永磁体6 上下布置导磁钢板7；
结合附图2c和2a，圆形永磁体6放置方式，永磁体6分三层分布，两两之间设置两层三维声子晶体，三维声子晶体以MRE11为基体，散射体12以立方晶格方式排列其中，排列方式见图2b；三维声子晶体之间布置钢质导磁圆板隔层15；导磁钢板7、圆形永磁体6、三维声子晶体、钢质导磁圆板隔层15共同挤压成为隔震主体结构，见图2b；隔震主体结构外围设置导磁声子晶体护筒22；线圈5布置在隔磁支撑柱筒8四周，并设置隔磁套筒9；隔磁套筒9紧靠外圆柱套筒1，并和隔磁支撑柱筒8预留一定的工作间隙10；上承托板16与下承托板17均预留有一定数量的螺栓孔18，方便与外部结构连接。
结合附图3，通入电流后，磁场穿过由圆形盖板2、MRP13、环形盖板3、外圆柱套筒1、三维声子晶体、钢质导磁圆板隔层15、导磁钢板7、圆形永磁体6共同组成的磁场闭合回路。
工作原理：本发明的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置。当外部振动激励时，隔震装置的上部结构和下部结构互相挤压，振动波通过隔震主体结构，在磁场作用下，MRE11 弹性模量和阻尼发生变化，从而声子晶体结构的带隙宽度和范围改变，表现可调的抗震能力。在外部电源发生故障时，永磁体可以提供磁场，隔震装置仍处于工作状态。另外，三维声子晶体结构形式的设计对于带隙范围内的三个方向的振动波均可以起到抑制作用。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，包括外圆柱套筒(1)、圆形盖板(2)、环形盖板(3)、圆板隔层(4)、线圈(5)、圆形永磁体(6)、导磁钢板(7)、隔磁支撑柱筒(8)、隔磁套筒(9)、MRP(13)、隔磁垫片(14)、钢质导磁圆板隔层(15)、上承托板(16)、下承托板(17)、密封环(21)和导磁声子晶体护筒(22)；
从上到下依次为上承托板(16)、圆板隔层(4)、圆形盖板(2)；所述圆形盖板(2)和圆板隔层(4)中间设置隔磁垫片(14)；所述上承托板(16)、圆板隔层(4)、隔磁垫片(14)和圆形盖板(2)用螺钉连接；所述圆形盖板(2)下表面与隔磁支撑柱筒(8)相连接；所述隔磁支撑柱筒(8)为圆环结构；所述上承托板(16)、圆板隔层(4)、圆形盖板(2)和隔磁支撑柱筒(8)组成隔震装置的上部结构；
所述环形盖板(3)和外圆柱套筒(1)通过螺栓连接；外圆柱套筒(1)和下承托板(17)可拆卸连接；环形盖板(3)、外圆柱套筒(1)和下承托板(17)组成隔震装置的下部结构；
所述环形盖板(3)为环状结构；所述隔磁支撑柱筒(8)置于外圆柱套筒(1)内；所述环形盖板(3)与圆形盖板(2)等高布置；且环形盖板(3)内环与圆形盖板(2)外圈之间设置有MRP(13)；
所述隔磁支撑柱筒(8)内设置有导磁声子晶体护筒(22)；所述导磁声子晶体护筒(22)内沿竖直方向设置有数个圆形永磁体(6)；且圆形永磁体(6)上下均布置导磁钢板(7)；所述永磁体(6)之间设置有三维声子晶体；所述线圈(5)设置在外圆柱套筒(1)内圈与隔磁支撑柱筒(8)外圈之间。
2.根据权利要求1所述的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，其特征在于，所述线圈(5)外设置有隔磁套筒(9)。
3.根据权利要求2所述的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，其特征在于，所述隔磁套筒(9)紧靠外圆柱套筒(1)，并和隔磁支撑柱筒(8)预留一定的工作间隙(10)。
4.根据权利要求1所述的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，其特征在于，所述MRP(13)与环形盖板(3)和圆形盖板(2)之间通过密封环(21)封闭。
5.根据权利要求1所述的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，其特征在于，所述永磁体(6)个数为3个。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种带隙可调的三维声子晶体智能隔震装置，其特征在于，所述三维声子晶体以MRE(11)为基体，散射体(12)以立方晶格方式排列在MRE(11)内。
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