CN112747060A - 一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于振动噪声控制技术领域，具体涉及一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构。该结构包括基底周期穿孔梁及穿孔内设置的准周期局域共振单元，所述局域共振单元为质量元件侧面包围一圈环状弹性元件而成，质量元件与弹性元件相互贴合，然后弹性元件包围质量元件作为整体准周期排列在基底周期穿孔梁中形成准周期局域共振结构。所述准周期形式，具体表现为局域共振单元中质量元件与弹性元件的几何参数按照一定规律变化，并非严格的周期排列，每两个局域共振单元参数都不一致。本发明准周期局域共振结构具有优良的低频宽频抑振特性。

Description

一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构
技术领域
本发明属于振动噪声控制技术领域，具体涉及一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构。
背景技术
机械振动在日常生活中随处可见，一方面，机械振动会造成部件间的磨损，造成结构疲劳和损伤，影响结构的使用寿命和精度，大大增加了各类事故的隐患，尤其是针对诸如舰船等大型复杂结构，各种推进器等机械设备在运行时的强烈振动以及由此产生的噪声不仅会对结构本身造成破坏，而且会显著降低自身的安静性能；另一方面，由结构振动辐射的噪声，严重影响人们的生产生活和身心健康。因此对机械振动的控制是尤为重要的，而振动控制中又以低频振动的控制为难点，传统的动力吸振、阻尼减振等方法对于低频振动的控制效果极为有限。
基于局域共振机理的周期结构具有弹性波带隙，在带隙频率范围内的弹性波在经过周期结构时会得到极大的衰减，并且带隙频率可以设计到低频解决低频抑振难题，然而传统的周期局域共振结构无法兼顾低频和宽频抑振效果，仍无法满足某些实际工程中的减振需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，通过对传统局域共振结构中周期形式的改进，达到拓宽低频减振频带的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，包括基底周期穿孔梁，所述基底穿孔梁穿孔内设置有局域共振单元，所述局域共振单元为质量元件侧面包围一圈环状弹性元件而成，质量元件与弹性元件相互贴合，然后弹性元件包围质量元件作为整体准周期排列在基底周期穿孔梁中形成准周期局域共振结构。所述局域共振单元在基底穿孔梁内的排列为准周期形式，具体表现为质量元件与弹性元件的几何参数按照一定规律变化，并非严格的周期排列，每两个局域共振单元参数都不一致。
所述局域共振单元，其质量元件截面形状可以是圆形、三角形、四边形、六边形等，也可以是不规则形状，在此基础上弹性元件截面以及基底梁开孔形状也对应变化。
所述准周期局域共振结构，其局域共振单元的准周期形式可以是几何参数按一定规律变化，也可以是材料参数如材料弹性常数、密度以及阻尼等按一定规律变化。
所述局域共振单元，其除了在穿孔梁内准周期分支外，还可以在穿孔板内准周期分布，提供了更多准周期设计的空间。
所述准周期局域共振结构，其上下表面可以敷设高阻尼材料或吸声材料。
本发明基于局域共振机理认为的周期结构可有效抑制弹性波在其带隙频率范围内传播的特性，周期结构的带隙特性取决于局域共振单元的固有频率、等效力学参数等。事实上，在局域共振单元准周期分布时，弹性波带隙依然存在，这就为带隙频率范围的设计提供了很大空间，可以将具有不同固有频率的多个局域共振单元准周期置于结构内，达到低频宽频减振效果。
本发明具有的有益效果：所述准周期局域共振结构由多个不同参数局域共振单元组成，一方面具有丰富的振动模态，可以实现多频带的振动控制，尤其是在不同参数局域共振单元的固有频率设计的比较近的情况下，可以通过对弹性元件选取合适的阻尼，将多条带隙连接整合起来，达到宽频减振的效果；另一方面，各局域共振单元参数设计之间是相对独立的，对多频段减振设计来说减少了工作量。
附图说明
图1为本发明准周期局域共振结构示意图；
图2为本发明局域共振单元结构示意图；
图3、图4为本发明具体实施例与对比结构(等厚度匀质钢梁)相比较的抑振效果示意图；
图中：1、基底穿孔梁；2、质量元件；3、弹性元件；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种准周期局域共振拓宽减振频带的结构，包括基底周期穿孔梁1以及准周期排列在穿孔内的局域共振单元，局域共振单元包括质量元件2及其侧面包围的一圈环状弹性元件3，质量元件2与弹性元件3相互贴合，然后弹性元件3包围质量元件2作为整体准周期排列在基底周期穿孔梁1中形成准周期局域共振结构，每相邻两个局域共振单元，其质量元件及弹性元件的几何尺寸均不相同。
由于准周期局域共振结构的带隙特性，带隙内弯曲波的传播会受到抑制。抑振作用主要体现在两方面，一方面是准周期局域共振结构一端的振动经过结构传递到另一端得到了抑制，另一方面是准周期局域共振结构表面的平均振动响应与对比结构(等厚度匀质钢梁)相比得到了降低。在本实施例中，基底梁的尺寸为1000mm×50mm×1mm，材料为钢，周期排列圆孔数为18，孔径30mm；质量元件材料为铅，第一个局域共振单元中直径为7mm，最后一个局域共振单元中直径为24mm，每相邻两个单元之间质量元件直径相差1mm；弹性元件选取模量为3MPa、密度为1100kg/m3、损耗因子为0.2的橡胶材料，橡胶环的外径等于梁上穿孔孔径，内径等于铅饼的直径，随铅饼直径的变化而变化。在梁一端中点施加法向激励，另一端提取振动响应，得到结构的振动传递损失曲线；提取整个结构表面的平均振动响应得到振动响应曲线。图3和图4给出了准周期局域共振结构和对比结构的振动传递损失以及平均振动响应的对比曲线。从图中可以看出，准周期局域共振结构具有非常良好的低频宽频抑振性能。

Claims (5)

1.一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，包括基底周期穿孔梁(1)，质量元件(2)和弹性元件(3)，其特征在于：所述基底穿孔梁(1)穿孔内设置有局域共振单元，所述局域共振单元为质量元件(2)侧面包围一圈环状弹性元件(3)而成，质量元件(2)与弹性元件(3)相互贴合，然后弹性元件(3)包围质量元件(2)作为整体准周期排列在基底周期穿孔梁(1)中，所述准周期形式，具体表现为质量元件(2)与弹性元件(3)的几何参数按照一定规律变化，并非严格的周期排列，每两个局域共振单元参数都不一致。
2.根据权利要求1所述的一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，其特征在于，其质量元件(2)截面形状可以是圆形、三角形、四边形、六边形等，也可以是不规则形状，在此基础上弹性元件(3)截面以及基底穿孔梁(1)穿孔形状也对应变化。
3.根据权利要求1或2所述的一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，其特征在于：局域共振单元的准周期形式可以是几何参数按一定规律变化，也可以是材料参数如材料弹性常数、密度以及阻尼等按一定规律变化。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，其特征在于：所述局域共振单元，其除了在基底穿孔梁1内准周期分支外，还可以在穿孔板内准周期分布，提供了更多准周期设计的空间。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种拓宽减振频带的准周期局域共振结构，其特征在于：结构上下表面可以敷设高阻尼材料或吸声材料。
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