CN112013066A - 复合阻尼型动力吸振器低频减振结构 - Google Patents

复合阻尼型动力吸振器低频减振结构 Download PDF

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张源潮
王驰明
成建伟
施亮
李正民
刘松
胡泽超
邱元燃
尹礼航
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Abstract

本发明涉及一种复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，解决了现有振降噪结构适用于处理低频减振的问题。技术方案包括基体，所述基体需减振位置上的一面设有多个粒子阻尼器，所述粒子阻尼器和基体之间设有橡胶隔层；所述橡胶隔层与粒子阻尼器的底面大小相同，其橡胶刚度在1.175e5～2e6之间。本发明结构极为简单、安全性和耐久性好、具有高刚度低振动传递、低噪声辐射特、低频隔振的优点。

Description

复合阻尼型动力吸振器低频减振结构
技术领域
本发明涉及减振降噪处理技术领域，具体的说一种复合阻尼型动 力吸振器低频减振结构。
背景技术
目前，粒子阻尼器在机械中具有较多的运用，最早运用于齿轮 减振，在齿轮内部设计凹槽，凹槽内部填充粒子发挥减振作用。然而 这种设计会破坏结构的整体性，影响结构的刚度。
相比较对刚度要求较高的结构，可以采用外挂式粒子阻尼器， 将粒子阻尼刚性连接到被减振结构上，既保证结构完整性，也可发挥 粒子阻尼减振作用。对比专利CN209469745U，公开了一种粒子耗能 阻尼器，包括用于安装在待减振结构的振动传递路径上的容纳壳体， 及内置于所述容纳壳体内的形成粒子介质接触应力网络的若干粒子； 在所述振动的作用下可引起所述粒子介质接触应力网络的解构、流变 和重构，以耗散能量衰减振动；所述容纳壳体固定安装在所述待减振 结构的最大位移处或者最大模态灵敏度位置。该方案通过将粒子介质 的动力学状态变化机理引入到降冲击装置的结构设计中，以达到可靠 的减振目标，且具有较佳的可适应性。但申请人研究发现，将粒子阻 尼器直接刚性连接到被减振结构上时，粒子阻尼的低频减效果不理想 甚至有振动放大作用，因此这类粒子阻尼器仍不适用于处理低频减振。
另一方面，现有技术中低频减振有采用橡胶隔振器的报道，研 究表明，橡胶隔振器刚度越小则低频减振效果越好。但对于舰船隔振 系统而言，其荷载较大，工作环境恶劣，刚度小的软质橡胶存在安全 隐患，耐久性差，不适于舰船隔振中进行低频减振，而使用刚性大的 橡胶低频减振效果不佳。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单、 安全性和耐久性好、具有高刚度低振动传递、低噪声辐射特、低频隔 振的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构。
技术方案包括基体，所述基体需减振位置上的一面设有多个粒子 阻尼器，所述粒子阻尼器和基体之间设有橡胶隔层；所述橡胶隔层与 粒子阻尼器的底面大小相同，其刚度在1.175e5～2e6之间。
所述橡胶隔层的厚度为1～50mm。
所述橡胶隔层的厚度为阻尼涂层厚度的1.5～2.5倍。
所述橡胶隔层为硅橡胶、丁晴橡胶或硫化橡胶材料。
所述基体的另一面覆盖有阻尼涂层。
所述阻尼涂层的厚度为基体厚度的1.5～2.5倍。
所述阻尼涂层包括底层的阻尼层和面层的约束层；所述阻尼层采 用无溶剂双组份聚氨酯涂料，所述约束层采用钢丝网或无溶剂双组份 环氧树脂涂料。
所述多个粒子阻尼器周期性的设置在结构模态共振点处，结构整 体呈现对称性和周期性。
所述粒子阻尼器包括阻尼器壳体以及填充在阻尼器壳体内的阻尼 粒子，所述阻尼粒子填充率为100％，所述阻尼粒子直径d为1～10mm, 优选2～4mm，级配或非级配；阻尼粒子材质为铁基颗粒或乌基颗粒、 铅颗粒，且恢复系数e为0.1～0.9。
所述阻尼器壳体为圆柱形，底面半径为r＝1/3～/2h，高为h为 100～400mm；壳体厚度为2～6mm。
针对背景技术中存在的问题，发明人克服了通常认识，将低频隔 振效果不佳的粒子阻尼器与高刚性的橡胶隔振器相加结合，意外发现 能够实现极好的低频隔振效果，初步分析是由于受到橡胶刚性的影响， 产生粒子系统z向模态共振，形成离散垒式阻尼调谐，最大限度有效 吸收振动的能量，局部改变原结构的系统动刚度和动质量，促使了振 动能量的重新分布，形成垒式调谐式阻尼型声子特有的带隙特征。在 两者协同的前提下，高刚度的橡胶隔层能够更好的与粒子阻尼器和基 体结合，提高结构的安全性和耐久性，而高刚度的橡胶隔层正好适用 于载荷大的舰船隔振系统中。优选刚度达1.175e5～2e6橡胶隔层，更为优选刚度为1.175e5～1.5e5的橡胶隔层，刚度过高会弹性层过硬， 难以形成有效振动，过低造成共振幅值过大，破坏连接结构。所述橡 胶隔层可通过胶粘或硫化的方式分别与基体和粘子阻尼器连接，其厚 度优选为1～50mm，过厚会安装不满足空间要求，过薄会造成施工过 程中橡胶的破坏。所述橡胶隔层可以采用硅橡胶、丁晴橡胶或硫化橡 胶材料制造。
进一步的，为了提高低频隔振效果，在所述基体的另一面覆盖阻 尼涂层，利用阻尼涂层可有效吸收高频振动能量，从而达到提高低频 隔振效果的目的。所述阻尼涂层厚度优选为基体厚度的1.5～2.5倍， 以使达到有效的阻尼减振效果；由底层的阻尼层和面层的约束层组成， 优选的，所述阻尼层采用无溶剂双组份聚氨酯涂料(市购)，具有将 振动能量转化成热能耗散的作用；所述约束层采用钢丝网或无溶剂双 组份环氧树脂涂料(市购)，具有固化阻尼层的作用。
优选的，当所述多个粒子阻尼器呈模态对称性和人工周期性排布 设置在基体模态共振位置处时，能够有效吸收结构振动能量，从而具 有低频降振的效果。
经理论分析和实验预测，本发明结构具备优良的中、低减振特性， 极宽的带隙特性，亦具备中、低频全频域的减振特性，本发明结构还 具有优良的高刚度低振动噪声传递特点，极好低频减振、中高频带隙 特性，同时兼具良好的安全性和耐久性，特别适用于潜艇、舰船等载 荷大、耐高温、耐盐雾、耐油、防火等恶劣环境，具有广阔的应用市 场应用前景。
附图说明
图1为本发明立体图。
图2为本发明剖视图。
图3为结构减振效果对比图。
图4为实验所用仪器的示意图。
其中，1-粒子阻尼器、2-橡胶隔层、3-基体、4-阻尼涂层；A- 扫频信号发生器、B-功率放大器、C-激振器、D-加速度传感、F-测试 分析系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步解释说明：
参见图1，在所述基体3需减振位置上的一面设有多个粒子阻尼 器1，所述粒子阻尼器1和基体3之间设有橡胶隔层2(采用粘结或 硫化连接在一起)；所述橡胶隔层2与粒子阻尼器1的底面大小相同， 其刚度在1.175e5～2e6之间；具体的，所述橡胶隔层2优选为硅橡胶、 丁晴橡胶或硫化橡胶材料，厚度为1-50mm。根据具体需要，所述多 个粒子阻尼器1呈模态对称性、点阵性或人工周期性排布设置在基体 3模态共振位置处。所述基体3可以为钢基体材料结构板或由板梁等 组成的空间结构(厚度1mm～200mm)、铝基体材料结构板或由板梁等 组成的空间结构(1mm～100mm)、以及同类型金属材料如铜基非金属材 料或其它同等类型材质。
所述粒子阻尼器1包括阻尼器壳体1.1以及填充在阻尼器壳体 1.1内的阻尼粒子1.2，所述阻尼器壳体为1.1圆柱形，底面半径为 r＝1/3～1/2h，高为h(依据控制对象调整，优选100～400mm)；壳体厚 度为2～6mm，所述阻尼器材质可采用钢材料、铝材料或其它同等类型 材质。所述阻尼粒子1.2填充率优选为100％，填充方式为自然堆积， 所述阻尼粒子1.2直径d为1～10mm，级配或非级配；阻尼粒子材质 可以为铁基颗粒或乌基颗粒、铅颗粒，且恢复系数e为0.1～0.9。
所述基体3的另一面覆盖有厚度为基体厚度的1.5～2.5倍的阻尼 涂层4，所述阻尼涂层4包括底层的阻尼层4.1和面层的约束层4.2； 所述阻尼层4.1优选采用无溶剂双组份聚氨酯涂料，所述约束层4.2 采用钢丝网或无溶剂双组份环氧树脂涂料，先在基体3上涂覆阻尼层 4.1，然后再涂覆或敷设约束层4.2。
所述的针对振动控制对象，通过改变阻尼涂层厚度、橡胶基体材 料与粒子阻尼器等获得调谐减振特性，获得不同类型基体结构阻尼特 性，所设计的复合阻尼型结构具有不同的超低频率减振及带隙特征。
为进一步验证本申请结构的减振效果，进行了如下实验：
本发明结构：基体3为钢板，厚度10mm、橡胶垫层2厚度2mm， 外径48mm，刚度为1.175e5；粒子阻尼器1尺度高50mm，外径48mm， 内径直径45mm，内部粒子直径2mm，填充率100％；阻尼涂层15mm， 粒子阻尼器1按照图1所示以声子晶体阵列结构排布，晶格尺度107mm， 阻尼涂料采用Air++3109阻尼涂料，得到阻尼结构1。
试验所用仪器如图4所示包括：功率放大器(MB Dynamics(Model MB500VI))B、扫频信号发生器(SA-SG030)A、激振器(MB Dynamic) C、加速度传感器(CA-YD-185)D和测试分析系统(DASP)E。由扫 频信号发生器A产生20Hz～1000Hz正弦扫频信号，扫速1.5(扫描 速率，倍频)，由功率放大器B放大的信号驱动激振器C，通过激振 器激励声子晶体结构，利用加速度传感器D分别采集声子晶体结构输 入、输出位置的信号，经过DASP测试分析系统E进行测量和数据分 析处理，获得振动传特性曲线。
实验结果参见图3，图3为结构减振效果对比图，1/3倍频程频 带的结构辐射噪声声压级，其中，深色条块为(仅使用基体)普通结 构的测试数据，浅色条块为本发明结构的测试数据。具体结果如下：
(1)在低频10Hz～1000Hz，平均降噪5dB以上，高频 1000Hz～10000Hz频率范围内，平均降噪值达10dB以上。
(2)全频率范围内振动幅值衰减为45％～95％。

Claims (9)

1.一种复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，包括基体，所述基体需减振位置上的一面设有多个粒子阻尼器，其特征在于，所述粒子阻尼器和基体之间设有橡胶隔层；所述橡胶隔层与粒子阻尼器的底面大小相同，其橡胶刚度在1.175e5～2e6之间。
2.如权利要求1所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述橡胶隔层的厚度为1～50mm。
3.如权利要求1或2所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述的橡胶隔层为硅橡胶、丁晴橡胶或硫化橡胶材料。
4.如权利要求1所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述基体的另一面覆盖有阻尼涂层。
5.如权利要求4所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述阻尼涂层的厚度为基体厚度的1.5～2倍。
6.如权利要求4或5所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述阻尼涂层包括底层的阻尼层和面层的约束层；所述阻尼层采用无溶剂双组份聚氨酯涂料，所述约束层采用钢丝网或无溶剂双组份环氧树脂涂料。
7.如权利要求1所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，粒子阻尼器周期性的设置在结构模态共振点处，结构整体呈现对称性和周期性。
8.如权利要求1所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述粒子阻尼器包括阻尼器壳体以及填充在阻尼器壳体内的阻尼粒子，所述阻尼粒子填充率为100％，所述阻尼粒子直径d为1～10mm，级配或非级配；阻尼粒子材质为铁基颗粒或钨基颗粒、铅颗粒，且恢复系数e为0.1～0.9。
9.如权利要求1或8所述的复合阻尼型动力吸振器低频减振结构，其特征在于，所述阻尼器壳体为圆柱形，底面半径为r＝1/3～1/2h，高为h为100～400mm；壳体厚度为2～6mm。
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