CN110984466B - 一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构 - Google Patents

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Abstract

一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，属于工程减振降噪技术领域，本发明为了现有技术中的梁结构本身的振动带隙频率范围较小，导致在使用过程时减震降噪性能差的问题，本发明包括变截面梁主体、2M个质量块和8M个连接杆，M为正整数，所述2M个质量块沿变截面梁主体的长度方向等距设置在变截面梁主体的下方，8M个连接杆平均分为两组，每组连接杆设置在变截面梁主体的一侧，且两组连接杆相对设置，每个连接杆的一端与变截面梁主体转动连接，每个质量块通过四个连接杆与变截面梁主体相连，本发明主要用于工程建筑中的承重梁体，同时在船舶的纵、横骨材上也有应用前景。

Description

一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构
技术领域
本发明属于工程减振降噪技术领域，具体涉及一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构。
背景技术
在工程结构设计中，减振降噪性能是衡量结构实用性的一项重要指标，传统的工程梁体结构较为单一，支撑梁体与其余支撑部件均为刚性连接，使自身在承受负载加持的状态下会产生不同频率的振动,而在实际工程中不同梁体所产生的不同振动频率之间的相互激励，严重的影响了梁体在结构中的使用寿命，同时也降低了工程结构的整体稳定性，因此研发一种梁体结构可以扩宽梁体在增加负载时振动带隙的频率范围，以便于达到更好的减震降噪效果。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的梁结构本身的振动带隙频率范围较小，导致在使用过程时减震降噪性能差的问题，进而提供了一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构；
一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，所述超材料梁结构包括变截面梁主体、2M个质量块和8M个连接杆，M为正整数，所述2M个质量块沿变截面梁主体的长度方向等距设置在变截面梁主体的下方，8M个连接杆平均分为两组，每组连接杆设置在变截面梁主体的一侧，且两组连接杆相对设置，每个连接杆的一端与变截面梁主体转动连接，每个质量块通过四个连接杆与变截面梁主体相连；
进一步地，所述变截面梁主体包括M个变截面梁子结构，M个变截面梁子结构沿长度方向依次连接组成变截面梁主体；
进一步地，所述每个变截面梁子结构包括薄梁体和厚梁体，薄梁体的一端与厚梁体的一端固定连接，且薄梁体与厚梁体的长度相等；
进一步地，所述每个连接杆的两端沿连接杆的厚度方向分别加工一个连接孔；
进一步地，所述变截面梁主体的两端沿变截面梁主体的宽度方向分别加工一个一号通孔，变截面梁主体中每个薄梁体和一个厚梁体的连接处均沿变截面梁主体的宽度方向加工一个二号通孔，每个通孔中设置一个螺杆，且每个螺杆的两端设置在变截面梁主体的外部，设置在一号通孔中的螺杆一端与一个连接杆一端转动连接，设置在二号通孔中的螺杆一端与两个连接杆一端转动连接，每个螺杆的一端套设有一个螺母，且每个螺母与一个螺杆螺纹连接；
进一步地，所述质量块为圆柱体，每个质量块的一端沿轴向加工有三号通孔，每个三号通孔中设有一个连接轴，且每个连接轴的两端均设置在质量块的外部，每个连接轴的一端与两个连接杆的另一端转动连接，且设置在每个连接杆同一端的两个连接杆(3)之间的夹角为a；
进一步地，所述质量块的长度与变截面梁主体的宽度相等，且M个质量块分别设置在一个薄梁体的正下方，另外M个质量块分别设置在一个厚薄梁体的正下方。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，可以根据工程实际情况设计变截面梁子结构的尺寸，并且能根据减振降噪的要求设定梁结构的各种尺寸，以减小某些频率范围内梁的振动。
2、本发明提供的一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，利用周期性变截面梁本身具有的振动带隙特性，可以阻止一定频率范围内弹性波的传递的优点，达到减振降噪的效果。在实际工程运用中，结构可能受到各种频率的激励，通过将惯性放大机构的惯性效应与周期性变截面梁的Bragg带隙机理结合，可以显著扩大周期性梁结构的振动带隙频率范围，以获得更好的减振降噪效果。
3、本发明提供的一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，通过施加质量块和连接杆形成惯性放大机构，进一步扩大带隙的范围，达到更好的减振降噪效果。
4、本发明中质量块的质量和连接杆的长度可以根据工程需要调整，拆装简易。
附图说明
图1为本发明结构的主视图；
图2为本发明结构的俯视图；
图3为本发明结构的底视图；
图4为本发明结构的左视图；
图5为本发明结构的等轴视图；
图中1变截面梁子结构、2质量块、3连接杆、4螺杆和5螺母。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图5说明本实施方式，本实施方式提供了一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，所述超材料梁结构包括变截面梁主体、2M个质量块2和8M个连接杆3，M为正整数，所述2M个质量块2沿变截面梁主体的长度方向等距设置在变截面梁主体的下方，8M个连接杆3平均分为两组，每组连接杆3设置在变截面梁主体的一侧，且两组连接杆3相对设置，每个连接杆3的一端与变截面梁主体转动连接，每个质量块2通过四个连接杆3与变截面梁主体相连。
本实施方式中，承重梁体选择为变截面梁，是因为周期性变截面梁本身具有的振动带隙特性(带隙特性是指在带隙频率范围内，弹性波的传递被削减，梁得振动减弱)，可以阻止一定频率范围内弹性波的传递的优点，达到减振降噪的效果。在实际工程运用中，结构可能受到各种频率的激励，通过将惯性放大机构的惯性效应与周期性变截面梁的Bragg带隙机理结合，可以显著扩大周期性梁结构的振动带隙频率范围，以获得更好的减振降噪效果，本专利的惯性放大机构是通过质量块2和四个连接杆3组成。
具体实施方式二：参照图1和图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变截面梁主体作进一步限定，本实施方式中，所述变截面梁主体包括M个变截面梁子结构1，M个变截面梁子结构1沿长度方向依次连接组成变截面梁主体。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参照图1和图5说明本实施方式，本实施方式是对对具体实施方式三所述的变截面梁子结构1作进一步限定，本实施方式中，所述每个变截面梁子结构1包括薄梁体和厚梁体，薄梁体的一端与厚梁体的一端固定连接，且薄梁体与厚梁体的长度相等。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的连接杆3作进一步限定，本实施方式中，所述每个连接杆3的两端沿连接杆3的厚度方向分别加工一个连接孔。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：参照图1至图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的变截面梁主体作进一步限定，本实施方式中，所述变截面梁主体的两端沿变截面梁主体的宽度方向分别加工一个一号通孔，变截面梁主体中每个薄梁体和一个厚梁体的连接处均沿变截面梁主体的宽度方向加工一个二号通孔，每个通孔中设置一个螺杆4，且每个螺杆4的两端设置在变截面梁主体的外部，设置在一号通孔中的螺杆4一端与一个连接杆3一端转动连接，设置在二号通孔中的螺杆一端与两个连接杆3一端转动连接，每个螺杆4的一端套设有一个螺母5，且每个螺母5与一个螺杆4螺纹连接。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中螺杆4的中部为光杆，两端加工有螺纹，其中每个螺杆4的光杆部设置一号通孔或二号通孔中，同时每个连接杆3也是与螺杆4设置在变截面梁主体外部的光杆部进行转动连接，每个连接杆3与一个螺杆4中光杆部之间设有一个轴承，连接杆3与轴承的轴承外圈固定连接，螺杆4中的光杆部与轴承的轴承内圈固定连接，如此设置，是通过轴承来降低螺杆4与连接杆3之间的摩擦力，对于本发明的整体结构而言，在对变截面梁主体施加外部负载时，连接杆3将变截面梁主体所承受的力进行有效分解，将力导向至质量块2，从而使变截面梁主体实现减震降噪的效果，但是变截面梁主体本身具有一定刚性，在受力后形变量有限，如果选用传统的铰接方式，螺杆4和连接杆3之间的摩擦力较大，使力的传导受到影响，极大的影响了减震的效果，螺杆4的两端螺纹段用于与螺母5螺纹连接，螺纹5主要起到一定的限位作用。
具体实施方式六：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的质量块2作进一步限定，本实施方式中，所述质量块2为圆柱体，每个质量块2的一端沿轴向加工有三号通孔，每个三号通孔中设有一个连接轴，且每个连接轴的两端均设置在质量块2的外部，每个连接轴的一端与两个连接杆3的另一端转动连接，且设置在每个连接杆3同一端的两个连接杆3之间的夹角为a。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中设置在每个连接杆3同一端的两个连接杆3之间的夹角为a，a的取值范围为60°-120°，如此设置，使两条连接梁3与一个薄梁体或一个厚梁体形成三角形结构，从而增加整体梁结构的稳定性。
具体实施方式七：参照图1和图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的质量块2作进一步限定，本实施方式中，所述质量块2的长度与变截面梁主体的宽度相等，且M个质量块2分别设置在一个薄梁体的正下方，另外M个质量块2分别设置在一个厚薄梁体的正下方。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (2)

1.一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，其特征在于：所述超材料梁结构包括变截面梁主体、2M个质量块(2)和8M个连接杆(3)，M为正整数，所述2M个质量块(2)沿变截面梁主体的长度方向等距设置在变截面梁主体的下方，8M个连接杆(3)平均分为两组，每组连接杆(3)设置在变截面梁主体的一侧，且两组连接杆(3)相对设置，每个连接杆(3)的一端与变截面梁主体转动连接，每个质量块(2)通过四个连接杆(3)与变截面梁主体相连；
所述变截面梁主体包括M个变截面梁子结构(1)，M个变截面梁子结构(1)沿长度方向依次连接组成变截面梁主体；
所述每个变截面梁子结构(1)包括薄梁体和厚梁体，薄梁体的一端与厚梁体的一端固定连接，且薄梁体与厚梁体的长度相等；
所述每个连接杆(3)的两端沿连接杆(3)的厚度方向分别加工一个连接孔；
所述变截面梁主体的两端沿变截面梁主体的宽度方向分别加工一个一号通孔，变截面梁主体中每个薄梁体和一个厚梁体的连接处均沿变截面梁主体的宽度方向加工一个二号通孔，每个通孔中设置一个螺杆(4)，且每个螺杆(4)的两端设置在变截面梁主体的外部，设置在一号通孔中的螺杆(4)每端与一个连接杆(3)一端转动连接，设置在二号通孔中的螺杆每端与两个连接杆(3)一端转动连接，每个螺杆(4)的两端分别套设有一个螺母(5)，且每个螺母(5)与一个螺杆(4)螺纹连接；
所述质量块(2)为圆柱体，每个质量块(2)的一端沿轴向加工有三号通孔，每个三号通孔中设有一个连接轴，且每个连接轴的两端均设置在质量块(2)的外部，每个连接轴的一端与两个连接杆(3)的另一端转动连接，且设置在每个连接轴同一端的两个连接杆(3)之间的夹角为a。
2.根据权利要求1中所述的一种提高振动带隙性能的惯性放大周期超材料梁结构，其特征在于：所述质量块(2)的长度与变截面梁主体的宽度相等，且M个质量块(2)分别设置在一个薄梁体的正下方，另外M个质量块(2)分别设置在一个厚梁体的正下方。
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