CN110486400A - 带隙阻波减隔振元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带隙阻波减隔振元件。所述带隙阻波减隔振元件包括多个金属块、弹性基体和连接件。所述多个金属块周期性地设置在所述弹性基体中。所述连接件设置在所述弹性基体的两侧。根据本发明的带隙阻波减隔振元件，制备工艺简单，带隙阻波减隔振元件可以安装在设备的机脚或者是弹性波传递路径上，使得设备的特定频段激励落在带隙阻波减隔振元件的带隙处，能够将振动局限在带隙阻波减隔振元件的内部，以能够实现设备振动能量的隔离，从而实现特征频谱段的关键控制。
Description
技术领域
本发明涉及减振降噪技术领域，具体地涉一种带隙阻波减隔振元件。
背景技术
目前，由于材料特性、结构设计以及低成本快速制备工艺等诸多难题，关于声子晶体带隙机理的研究尚处于理论探究及原理性试验阶段，其应用仍处于展望阶段，制约了声子晶体的广泛应用。
因此，需要提供一种带隙阻波减隔振元件，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，根据本发明公开了一种带隙阻波减隔振元件。所述带隙阻波减隔振元件包括多个金属块、弹性基体和连接件。所述多个金属块周期性地设置在所述弹性基体中。所述连接件设置在所述弹性基体的两侧。
根据本发明的带隙阻波减隔振元件，带隙阻波减隔振元件可以安装在设备的机脚或者是弹性波传递路径上，使得设备的特定频段激励落在带隙阻波减隔振元件的带隙处，能够将振动局限在带隙阻波减隔振元件的内部，以能够实现设备振动能量的隔离，从而实现特征频谱段的关键控制。
可选地，所述金属块由铅制成。
可选地，所述弹性基体由聚氨酯材料制成。
可选地，所述金属块和所述弹性基体通过分层浇筑、半硫化成型工艺连接在一起。
根据本方案，能够实现金属块周期地设置在弹性基体中，使得金属块与弹性基体的连接牢固。
可选地，所述弹性基体构造为正方体结构。
根据本方案，弹性基体的结构简单，便于制造。
可选地，所述弹性基体中周期性地设置有8×8×8个金属块。
可选地，所述弹性基体的尺寸为160mm×160mm×160mm，和/或所述金属块构造为球状，所述金属块的直径为17mm。
根据本方案，带隙阻波减隔振元件的尺寸较小，降低生产成本。
可选地，所述带隙阻波减隔振元件的带隙为1200～1850Hz。
根据本方案，带隙阻波减隔振元件能够阻隔1200～1850Hz频段的弹性波的传播。
可选地，所述连接件构造为板状，且所述连接件上设置有安装孔。
根据本方案，连接件的结构简单，易于制造。
可选地，所述连接件与所述弹性基体通过硫化成型工艺连接。
根据本方案，连接件与弹性基体连接牢靠。
附图说明
本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1为本发明的一个优选实施方式的带隙阻波减隔振元件的主视示意图；
图2为图1中的带隙阻波减隔振元件的左视示意图；
图3为图1中的带隙阻波减隔振元件的俯视示意图；
图4为对图1中的带隙阻波减隔振元件进行仿真的能带结构示意图；
图5为对图1中的带隙阻波减隔振元件进行振动传递实验的示意图；以及
图6为图1中的带隙阻波减隔振元件的弹性波传递曲线示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。
本发明提供一种带隙阻波减隔振元件100。根据本发明的带隙阻波减隔振元件100，可以广泛应用于陆上动力机械设备(例如汽车)、船舶、轨道、航空航天领域，其可以安装于振动噪声设备的机脚或是弹性波传递路径上，以实现对特定频段弹性波的滤波或者对振动噪声设备的振动能量的隔离。
下面将结合图1至图6详细说明根据本发明的带隙阻波减隔振元件100。
如图1至图3所示，带隙阻波减隔振元件100包括多个金属块110、弹性基体120和连接件130。多个金属块110周期性地设置在弹性基体120中。具体地，多个金属块110按照一定的规律设置在弹性基体120中。例如，多个金属块110可以沿X方向、Y方向和Z方向间隔相同距离地设置在弹性基体120中。带隙阻波减隔振元件100可以包括若干个单元。在每一个单元中都有弹性基体120包覆在金属块110的外表面。连接件130设置在弹性基体120的两侧。带隙阻波减隔振元件100能够通过连接件130安装至振动噪声设备的机脚或者弹性波传递路径上。
在本实施方式中，金属块110由铅制成。弹性基体120由聚氨酯材料制成。金属块110和弹性基体120通过分层浇筑、半硫化成型工艺连接在一起。具体地，可以根据实际需要，设计并制作特定的模具。利用特定的模具，然后对聚氨酯材料进行半硫化成型，通过分层浇筑以使得金属块110周期性地设置在弹性基体120中。半硫化成型工艺中的硫化温度、硫化时间可以根据实际需要进行确定。
本领域技术人员可以理解，金属块110可以由其他金属材料制成，弹性基体120还可以由其他弹性材料制成。例如，金属块110可以由钢或者铁制成，弹性基体120还可以由橡胶材料制成。
弹性基体120构造为正方体结构。金属块110构造为球状。本实施方式的弹性基体120中周期性地设置有8×8×8个金属块110。具体地，弹性基体120中设置有八层金属块110，每一层金属块110沿水平方向设置，且八层金属块110沿竖直方向等间距地设置。每一层金属块110包括64个等间距地设置的金属块110。更具体地，每一层金属块110包括八列等间距地设置的金属块110，每一列金属块110包括八个等间距地设置的金属块110。本领域技术人员可以理解，弹性基体120不限于正方体结构，金属块110不限于球状。例如，弹性基体120还可以为长方体结构，金属块110还可以为正多面体结构。
继续参照图1至图3，连接件130构造为板状，且连接件130上设置有安装孔131。弹性基体120的两侧(具体地，在本实施方式中为上下两侧)各设置有一个连接件130。连接件130与弹性基体120可以通过硫化成型工艺连接。连接件130与弹性基体120还可以通过其他方式连接。例如通过胶粘连接。本实施方式示例性地示出了连接件130上设置有四个安装孔131。当然，根据实际需要，连接件130上可以设置任何合适数量的安装孔131。安装孔131可以为通孔，以能够通过紧固件方便地将带隙阻波减隔振元件100安装至振动设备的机脚。
以下将结合图4至图6以弹性基体120的尺寸为160mm×160mm×160mm、金属块110的直径为17mm作为示例对根据本发明的带隙阻波减隔振元件100的带隙进行详细的说明。
申请人对带隙阻波减隔振元件100进行了振动传递实验仿真。图4示出了带隙阻波减隔振元件100的能带结构，其中横坐标R、M、Γ和X表示波矢，纵坐标表示频率。仿真结果显示带隙阻波减隔振元件100的理论带隙为1224～1435Hz。该仿真结果能够对带隙阻波减隔振元件100的制备具有指导意义。
申请人还对带隙阻波减隔振元件100进行了振动传递实验。如图5所示，将带隙阻波减隔振元件100和激振器10分别进行弹性悬挂安装。信号采集分析仪20能够产生一个控制信号，该控制信号经过功率放大器30放大之后输入到激振器10，激振器10能够产生激振力，该激振力能够作用于带隙阻波减隔振元件100，使得带隙阻波减隔振元件100产生振动。带隙阻波减隔振元件100被激振器10施加作用力的一侧(图5中的左侧)设置有加速度传感器40。例如，加速度传感器40设置在连接件130上。加速度传感器40能够将测得的加速度作为参考加速度信号传输至信号采集分析仪20。位于带隙阻波减隔振元件100的另一侧(图5中的右侧)的连接件130上设置有加速度传感器50和加速度传感器60。加速度传感器50和加速度传感器60可以沿竖直方向间隔开地设置。加速度传感器50和加速度传感器60能够将各自测得的加速度作为加速度响应信号分别传输至信号采集分析仪20。
图6示出了信号采集分析仪20根据采集到的加速度信号进行分析处理形成的弹性波传递曲线。需要说明的是，“T12”是指信号采集分析仪20基于采集到的加速度传感器40和加速度传感器50的加速度信号所形成的弹性波传递曲线，“T13”是指信号采集分析仪20基于采集到的加速度传感器40和加速度传感器60的加速度信号所形成的弹性波传递曲线。实验结果显示带隙阻波减隔振元件100的带隙为1200～1850Hz。也就是说，本发明带隙阻波减隔振元件100能够阻隔频率范围为1200～1850Hz的弹性波的传播。由实验结果和仿真结果进行对比可以看出，本实施方式通过分层浇筑、半硫化成型工艺制备的带隙阻波减隔振元件100实际上具有比理论带隙频率范围更宽的带隙。
本领域技术人员可以理解，可以通过优化弹性基体120和金属块110的结构和尺寸以及金属块110在弹性基体120中周期性地设置的结构形式，带隙阻波减隔振元件100能够实现阻隔特定频段的弹性波的传播，以能够实现带隙的可调制。例如将实验台安装于带隙阻波减隔振元件100上，能够实现特定频段的“无振环境”。并且，根据本发明的带隙阻波减隔振元件100可以实现串联连接。例如，可以在振动噪声设备的机脚或者弹性波传递路径上设置多个串联连接的带隙阻波减隔振元件100，以能够实现宽频带的振动隔离。
根据本发明的带隙阻波减隔振元件，制备工艺简单，带隙阻波减隔振元件可以安装在设备的机脚或者是弹性波传递路径上，使得设备的特定频段激励落在带隙阻波减隔振元件的带隙处，能够将振动局限在带隙阻波减隔振元件的内部，以能够实现设备振动能量的隔离，从而实现特征频谱段的关键控制。以船舶为例，动力系统设备是船舶最主要的振动噪声源，将带隙阻波减隔振元件安装至动力系统设备的机脚，能够显著降低辐射在船体的振动噪声能量，能够带来很好的舒适型，同时能够减小船舶被探测到的可能性。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。
Claims (10)
1.一种带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述带隙阻波减隔振元件包括多个金属块、弹性基体和连接件，所述多个金属块周期性地设置在所述弹性基体中，所述连接件设置在所述弹性基体的两侧。
2.根据权利要求1所述的带隙阻波减隔振元件，所述金属块由铅制成。
3.根据权利要求1或2所述的带隙阻波减隔振元件，所述弹性基体由聚氨酯材料制成。
4.根据权利要求3所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述金属块和所述弹性基体通过分层浇筑、半硫化成型工艺连接在一起。
5.根据权利要求1或4所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述弹性基体构造为正方体结构。
6.根据权利要求5所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述弹性基体中周期性地设置有8×8×8个金属块。
7.根据权利要求6所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述弹性基体的尺寸为160mm×160mm×160mm，和/或所述金属块构造为球状，所述金属块的直径为17mm。
8.根据权利要求7所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述带隙阻波减隔振元件的带隙为1200～1850Hz。
9.根据权利要求1所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述连接件构造为板状，且所述连接件上设置有安装孔。
10.根据权利要求1所述的带隙阻波减隔振元件，其特征在于，所述连接件与所述弹性基体通过硫化成型工艺连接。
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