CN110609086B - 一种声学超材料板结构的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种声学超材料板结构的实验装置，属于结构元件技术领域，主要为了解决现有技术在对声学超材料板结构进行动力学实验研究过程中，缺少专用的实验装置，从而影响实验数据准确性的问题，本发明中两个夹具支架相对设置在超材料板的两侧，每个固定压板安装在一个夹具支架的顶部，超材料板中的一块基板设置在夹具支架和固定压板之间，且超材料板固定安装在夹具支架上，每个定位杆设置在两个夹具支架的一侧，且每个定位杆均与两个夹具支架固定连接，每个夹具支架通过N个连接件与隔振地基轨道固定连接。本发明主要用作测试声学超材料板结构动力学性能的实验装置。

Description

一种声学超材料板结构的实验装置

技术领域

本发明涉及一种声学超材料板结构的实验装置，属于结构元件技术领域。

背景技术

杆、梁、板等工程结构，是产生或传递振动的主要载体，也是振动问题较为突出的部分。声学超材料结构，以杆、梁、板等为基体，局域共振单元周期性排布，具有显著的弹性波带隙特性，通过人为调节波的传播，可有效地实现结构在禁带频率范围内的减振隔振。

相较于理论研究和数值仿真，对超材料结构，特别是超材料板结构的动力学实验研究非常少。声学超材料板结构动力学实验可以验证理论分析和数值方法的准确性，同时直观的展现此类结构的动力学响应特性和禁带隔振性能，目前在进行声学超材料板结构动力学实验时还没有一种专用的实验装置，仅是通过现有的压块和挡板进行实验，这样实验得出的实验数据误差性较大，不能展现此类结构最为准确的动力学响应特性和禁带隔振性能，因此设计一种声学超材料板结构的专用实验装置是很符合实际需要的。

发明内容

本发明为了解决现有技术在对声学超材料板结构进行动力学实验研究过程中，缺少专用的实验装置，从而影响实验数据准确性的问题，进而提供一种声学超材料板结构的实验装置。

一种声学超材料板结构的实验装置，所述实验装置包括超材料板、两个夹具支架、两个定位杆、两个固定压板和2N个连接件，N为正整数；

所述两个夹具支架相对设置在超材料板的两侧，每个固定压板安装在一个夹具支架的顶部，超材料板中的一块基板设置在夹具支架和固定压板之间，且超材料板固定安装在夹具支架上，每个定位杆设置在两个夹具支架的一侧，且每个定位杆均与两个夹具支架固定连接，每个夹具支架通过N个连接件与隔振地基轨道固定连接。

本发明与现有技术具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种声学超材料板结构的实验装置，使超材料板在进行动力学实验时保证了夹具和试件连接处的固定支撑约束，实现了超材料板的边界条件。

2.本发明提供了一种声学超材料板结构的实验装置，可以通过改变平板和直杆的材料和结构参数，可实现不同频率范围内的结构减振降噪，保证了实验数据的准确性。

3.本发明提供了一种声学超材料板结构的实验装置，可以满足夹具刚性、试件无预应力、吊装方便、操作便捷、激励有效施加等要求。

4.本发明提供了一种声学超材料板结构的实验装置，所使用的材料易于获取，加工工艺简单，利于节约经费。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明中夹具支架的侧视图；

图5为本发明中夹具支架的主视图；

图6为本发明中超材料板的俯视图；

图7为本发明中超材料板的侧视图；

图8为本发明中夹具支架和超材料板连接处的局部放大图；

图中1夹具支架、11立板、111连接方条、112连接槽、12底板、121通孔、13支撑板、2地脚螺栓、3螺母、4垫圈、5超材料板、51基板、52激振孔、53直杆、54吊装孔、 6定位杆和7固定压板。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式中一种声学超材料板结构的实验装置，所述实验装置包括超材料板5、两个夹具支架1、两个定位杆6、两个固定压板7和2N个连接件，N为正整数；

所述两个夹具支架1相对设置在超材料板5的两侧，每个固定压板7安装在一个夹具支架1的顶部，超材料板5中的一块基板51设置在夹具支架1和固定压板7之间，且超材料板5固定安装在夹具支架1上，每个定位杆6设置在两个夹具支架1的一侧，且每个定位杆6均与两个夹具支架1固定连接，每个夹具支架1通过N个连接件与隔振地基轨道固定连接。

本实施方式中固定压板7通过螺钉固定安装在夹具支架1的顶部，因为随着所要实验的超材料板5的规格不同，会更换与之相匹配的固定压板7，通过螺钉固定，便于固定和拆卸，为实验装置本身增加了使用范围和较大的调整空间，定位杆6与两个夹具支架1 之间的安装方式也是通过螺钉固定安装，因为在超材料板5替换时，定位杆6的规格也要相应更换，定位杆6本身起到的作用就是保证定位精度，如果定位杆6的规格与超材料板 5的规格不匹配，定位杆6就会失效，通过螺钉固定，同样是便于固定和拆卸，本实施方式中连接件的个数为4-8个，首先在通过连接件将实验装置与隔振地基轨道固定连接，为了保证连接的稳定性，最基本的应将装置的四个角部固定，但是根据实际的实验情况，可以适当增加连接件的个数，进一步保证连接的稳定性，但是连接件也不宜设置的过多，设置的过多，连接件对应的连接孔也会相应的增多，增加了加工的成本。

具体实施方式二：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的超材料板5作进一步限定，本实施方式中，所述超材料板5包括两个基板51和Z 个直杆53，Z为正整数，两个基板51平行相对设置，Z个直杆53均匀分布两个基板51 之间，且每个直杆53的一端与一个基板51固定连接，每个基板51的上表面设有若干个激振孔52。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，超材料板5中包括两个基板51，其中一个基板51设置在夹具支架1和固定压板7之间，用于夹持固定，另一个基板51安装在夹具支架1上，实现双重固定，确保安装的更为稳固，基板51和直杆53之间采用可控位置的模具牢靠粘接而成，板和杆的材料分别为铝和天然硫化橡胶；直杆，可根据实验需要，选用不同的材料和结构形式，本实施方式中直杆的个数根据实验的需要自行设计和增加，激振孔52为通孔，两个基板 51上都有；激振器的激振杆穿过上下两板的激振孔52，与超材料板相固定，施加激励带动超材料板进行振动；附图中每个基板51只设计了一个激振孔，实际根据实验需要可设置若干不同位置的激振孔以利于实验。

具体实施方式三：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的夹具支架1作进一步限定，本实施方式中，所述夹具支架1包括立板11和底板12，立板11的底面固接在底板12的上表面上，底板12顶面远离立板11的一端设有N个通孔121，每个连接件设置在一个通孔121中，立板11的顶面沿长度方向等距设有M个螺纹盲孔，M为正整数，立板11远离底板12的一侧设有连接方条111，连接方条111设有连接槽112，超材料板5中的另一块基板51设置在连接槽112中。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中立板11的顶面沿长度方向等距设有M个螺纹盲孔，M的取值范围在4-8个之间，其主要功能是用于安装固定夹板7，此处的安装方式是通过螺钉进行连接，连接槽112是用于设置超材料板5中另一个基板51的，在连接槽112的上下两边沿长度方向会等距设有连接孔A，用于通过螺钉和垫圈固定基板51，为了配合本实施方式中的固定机构，基板51上也会相对于连接槽112上的连接孔A设置直降相同的螺纹孔A。

具体实施方式四：结合图3至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的夹具支架1作进一步限定，本实施方式中，所述夹具支架1还包括Q个支撑板13， Q为正整数，Q个支撑板13沿夹具支架1的长度反向等距设置在底板12上，且每个支撑板13的底面与底板12的顶面固定连接，每个支撑板13的侧面与立板11的侧面固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中增加了支撑板13，主要是为了提高支架的稳定性，支撑板的个数在4-8 个之间，支撑板13的主要功能是提高夹具支座的稳定性，过多会增加装置本身的重量，增加制作成本的同时，还会影响隔振地基轨道的使用寿命，过少容易导致立板11和底板 12之间的刚度不够，失去提高稳定性的意义。

具体实施方式五：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的立板11和底板12作进一步限定，本实施方式中，所述立板11和底板12上均设有减重孔。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。

如此设置，为了减轻夹具支架1的中量，减少隔振地基轨道的载荷，增加隔振地基轨道的使用寿命。

具体实施方式六：结合图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的连接件作进一步限定，本实施方式中，所述连接件包括地脚螺栓2、螺母3和垫圈4，每个通孔121的上方设有一个螺母3，每个通孔121和螺母3之间设有垫圈4，通孔121、螺母3和垫圈4中设有一个地脚螺栓2，且地脚螺栓2与螺母3螺纹连接。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

如此设置，由于在实验中超材料板5的规格会随时进行替换，两个夹具支架1之间的位置也会相应调整，采用常见的地脚螺栓2、螺母3和垫圈4进行固定，不但拆卸和安装简单，还不影响实验装置的通用性，同时也是避免了避免地面不平整接触时带来的结构不稳。

具体实施方式七：结合图1和图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的立板11作进一步限定，本实施方式中，所述每个立板11两侧设有螺纹盲孔，定位杆7通过螺钉安装在立板11上。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：结合图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的超材料板5作进一步限定，本实施方式中，所述每个基板51的四角处分别设有一吊装孔54。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

如此设置，四角留有吊装孔，一方面方便吊装运输，另一方面在必要时可进行超材料板自由状态下的动力学实验。

具体实施方式九：结合图1和图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种声学超材料板结构的实验装置作进一步限定，本实施方式中，所述每个固定压板7通过M个螺钉与一个夹具支架1固定安装。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：结合图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种声学超材料板结构的实验装置作进一步限定，本实施方式中，所述每个固定压板7与一个夹具支架1之间的距离的值为L，基板51的厚度值为H，L＝H。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中固定压板7成类Z字形结构，固定压板7安装在夹具支架1上表面时，会与夹具支架1之间形成间隙，而超材料板5中一个基板51会设置在此间隙中，并通过螺栓固定，如果间隙过小会导致基板51无法插装在间隙中，间隙过大在实验中产生晃动，容易影响基板51的固定可靠性，因此此处间隙的宽度设计的与基板51的厚度相同，在通过螺栓紧固压缩后，刚好达到夹紧的效果，也不会对基板51的表面造成破坏。

工作原理

首先在选择需要实验的超材料板5的结构参数，并根据选定好的超材料板5的结构选择最佳的夹具支架1、定位杆6和固定压板7；其次，将固定压板7安装在夹具支架1的顶部，并通过螺丝紧固，将超材料板5中的一个基板51设置在夹具支架1和固定压板7 之间的间隙中，并通过螺丝紧固，将超材料板5中的另一个基板51设置在连接槽112中，并通过螺丝紧固，将两个定位杆6设置在实验装置的两侧，并通过螺钉连接，起到定位的作用，最后将实验装置通过连接件安装在隔振地基轨道上，完成实验装置的装配。

将激振器置于选定的激振孔52正上方或正下方，激振杆(从头到尾都是螺纹)穿过两个基板51上的激振孔52后，与激振器相连接，并通过螺母与两个基板51相固定。实验中，动态测试系统产生激励信号，经由功率放大器传递给激振器，激振器作动，通过激振杆带动超材料板5振动，激励的大小经由激振杆上连接的力传感器反馈回动态测试系统。根据实验需要，选取若干适合的传感器粘贴于超材料板5上，用于测量超材料板5 振动时的响应(加速度、速度或位移)信号，同样反馈回动态测试系统。动态测试系统根据输入(激励)输出(响应)信号的情况，可分析出超材料板5的动力学特性，即完成声学超材料板5结构约束的动力学测试。当需要进行自由状态下的动力学实验时，只需用选用4根适合的弹性绳，穿过超材料板5四角的吊装孔，并挂在实验钢架上，将超材料板5 悬吊起来，此时弹性绳保持所需的弹性状态。

Claims (7)

1.一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括两个夹具支架（1）、两个定位杆（6）、两个固定压板（7）和2N个连接件，N为正整数；

所述两个夹具支架（1）相对设置在超材料板（5）的两侧，每个固定压板（7）安装在一个夹具支架（1）的顶部，超材料板（5）中的一块基板（51）设置在夹具支架（1）和固定压板（7）之间，且超材料板（5）固定安装在夹具支架（1）上，每个定位杆（6）设置在两个夹具支架（1）的一侧，且每个定位杆（6）均与两个夹具支架（1）固定连接，每个夹具支架（1）通过N个连接件与隔振地基轨道固定连接；

所述夹具支架（1）包括立板（11）和底板（12），立板（11）的底面固接在底板（12）的上表面上，底板（12）顶面远离立板（11）的一端设有N个通孔（121），每个连接件设置在一个通孔（121）中，立板（11）的顶面沿长度方向等距设有M个螺纹盲孔，M为正整数，立板（11）远离底板（12）的一侧设有连接方条（111），连接方条（111）设有连接槽（112），超材料板（5）中的另一块基板（51）设置在连接槽（112）中。

2.根据权利要求1中所述的一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述夹具支架（1）还包括Q个支撑板（13），Q为正整数，Q个支撑板（13）沿夹具支架（1）的长度方向等距设置在底板（12）上，且每个支撑板（13）的底面与底板（12）的顶面固定连接，每个支撑板（13）的侧面与立板（11）的侧面固定连接。

3.根据权利要求2中所述的一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述立板（11）和底板（12）上均设有减重孔。

4.根据权利要求3中所述的一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述连接件包括地脚螺栓（2）、螺母（3）和垫圈（4），每个通孔（121）的上方设有一个螺母（3），每个通孔（121）和螺母（3）之间设有垫圈（4），通孔（121）、螺母（3）和垫圈（4）中设有一个地脚螺栓（2），且地脚螺栓（2）与螺母（3）螺纹连接。

5.根据权利要求4中所述的一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述每个立板（11）两侧设有螺纹盲孔，定位杆（6）通过螺钉安装在立板（11）上。

6.根据权利要求5中所述的一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述每个固定压板（7）通过M个螺钉与一个夹具支架（1）固定安装。

7.根据权利要求6中所述的一种声学超材料板结构的实验装置，其特征在于：所述每个固定压板（7）与一个夹具支架（1）之间的距离的值为L，基板（51）的厚度值为H，L=H。

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