CN112901697A - 一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，包括三组一维声子晶体模型、连接板、外壳、输出棒和输出平台；每组一维声子晶体模型由多个声子晶体原胞竖向排列而成，原胞包括铝空心棒，铝空心棒由内向外依次包覆橡胶振子层、形状记忆合金振子层和PI加热薄片；三组一维声子晶体模型平行排列并形成等边三棱柱结构，连接板将三组一维声子晶体模型的输出端相连接；连接板的中心位置连接输出棒；输出棒穿过外壳上保护层的输出孔连接输出平台；导线穿过外壳侧保护层的导线孔连接PI加热薄片；外壳底保护层连接三组一维声子晶体模型的输入端。本发明结构简单，隔振效果好，可用于精密仪器实验平台、需要减震作用的支撑平台，并可以与现有隔振平台配合使用。
Description
技术领域
本发明涉及隔振降噪领域，具体涉及一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台及使用方法。
背景技术
低频振动与噪声的控制问题是目前工程领域中亟需解决的难点问题之一。声子晶体是一种具有弹性波带隙的人工周期性复合材料,可用于操控弹性波与声波的传播,在减振降噪等领域应用前景广阔。
声子晶体作为一种人工周期性结构的最大特点在于它的可设计性,对于声子晶体设计,一般是通过计算后选取相应的组成材料和结构参数。通常情况下,对于组元为普通材料的声子晶体来说，一旦加工制造出来，由于材料和结构参数被确定，其振动带隙的机理和位置也是唯一确定的。外部振源频率是不可预料的，当振源频率范围发生变化，声子晶体的带隙无法适应这种变化。研究人为的改变带隙的大小、范围、机理,将使声子晶体的带隙设计更为灵活,并由此带来新的应用方式。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，以解决目前声子晶体隔振平台工作频率窄、隔振模式单一、隔振效果不佳的问题。。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，包括三组一维声子晶体模型、连接板、外壳、输出棒和输出平台，所述三组一维声子晶体模型、连接板位于外壳内；
每组一维声子晶体模型由多个声子晶体原胞竖向排列而成，所述声子晶体原胞包括铝空心棒，铝空心棒由内向外依次包覆橡胶振子层、形状记忆合金振子层和PI加热薄片；
三组一维声子晶体模型平行排列、并形成等边三棱柱结构，连接板将三组一维声子晶体模型的输出端相连接；所述连接板的中心位置连接输出棒；所述外壳包括上保护层、侧保护层和底保护层；所述上保护层中心位置设有输出孔，输出棒穿过输出孔与输出平台连接；所述侧保护层设有导线孔，导线穿过导线孔与PI加热薄片相连；所述底保护层将三组一维声子晶体模型的输入端相连接。
优选地，以铝空心棒中心为极点，橡胶振子层、形状记忆合金振子层和PI加热薄片在0°位置均设有开口，橡胶振子层在120°-240°位置与铝空心棒胶结。
优选地，所述橡胶振子层与形状记忆合金振子层胶结；所述橡胶振子层同步形状记忆合金振子层的形变。
优选地，所述PI加热薄片与形状记忆合金振子层胶结；所述PI加热薄片同步形状记忆合金振子层的形变。
优选地，所述一维声子晶体模型的声子晶体原胞周期数≥4。
优选地，所述连接板、上保护层、侧保护层和底保护层的材质为金属或合金。
优选地，所述形状记忆合金振子层的材质为双程形状记忆合金。
优选地，所述连接板与输出棒、一维声子晶体模型之间均为可拆卸连接；所述输出棒与输出平台可拆卸连接；所述底保护层与一维声子晶体模型的输入端可拆卸连接；所述侧保护层与上保护层、低保护层之间均为可拆卸连接。
优选地，所述上保护层的输出孔与输出棒之间留有间隙，所述间隙可以避免对输出棒造成振动的二次干扰。
本发明还提供上述基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台的使用方法：通过调整PI加热薄片的通电状态实现声子晶体隔振平台的不同隔振降噪模式，以达到不同的隔振降噪效果。
所述隔振降噪模式分为三种：
低频隔振降噪模式：不与PI加热薄片通电或PI加热薄片断电冷却后，形状记忆合金振子为马氏体状态，与橡胶振子层一起包覆在空心铝棒上，成为局域共振型声子晶体结构，对低频振动信号起到减振降噪作用。
高频隔振降噪模式：与全部PI加热薄片通电，形状记忆合金振子为奥氏体状态，形状记忆合金振子层在奥氏体相变时，橡胶振子层随形状记忆合金振子层发生形变，由包覆的马氏体状态称为平直的奥氏体状态，形状记忆合金振子层与橡胶振子层一起由开口处伸直，三个位置一起伸直的振子相连接在一起，成为布拉格型声子晶体结构，对高频振动信号起到减振降噪作用。
自由隔振降噪模式：与部分PI加热薄片通电，可自由选择组合为多种隔振降噪模式和工作频率。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明针对工作环境中存在振源的宽振动频率的问题，使用形状记忆合金的杨氏模量变化调节工作频率的位置和宽度。
2、本发明针对工作环境中存在振源的多振动形式的问题，使用形状记忆合金的形状记忆效应，调节振子的形状，进行局域共振型和布拉格散射型机理的切换，并且可对环境中的弯曲振动、纵向振动等多种振动形式起到抑制作用。
3、本发明结构简单，采用稳定的三角形结构，并且振子形变的所形成的布拉格散射型声子晶体结构也能够实现大范围的变形，可以通过实际应用设计声子晶体原胞数量，隔振效果好，可用于精密仪器实验平台、需要减震作用的支撑平台，并可以与现有隔振平台配合使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1声子晶体原胞在马氏体状态的包覆结构示意图
图2声子晶体原胞在奥氏体状态的平直结构示意图
图3原胞组成的一维声子晶体模型结构示意图
图4声子晶体隔振平台振子包覆结构核心隔振部件示意图
图5声子晶体隔振平台振子平直结构核心隔振部件示意图
图6声子晶体隔振平台的整体示意图
图7声子晶体隔振平台的加热示意图
具体实施例
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
参考图1、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明的实施例是一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，包括铝空心棒1-1、橡胶振子层1-3、形状记忆合金振子层1-2、连接层2、上保护层3、侧保护层4、导线孔5、输出平台6、输出棒7、底保护层8、PI加热薄片9。
一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，包括三组一维声子晶体模型1、连接板2、外壳、输出平台6和输出棒7，所述三组一维声子晶体模型1、连接板2位于外壳内；
每组一维声子晶体模型1由多个声子晶体原胞竖向排列而成，声子晶体原胞周期数≥4，声子晶体原胞包括铝空心棒1-1，铝空心棒1-1的长度为一个声子晶体原胞的晶格常数，铝空心棒1-1由内向外依次包覆橡胶振子层1-2、由双程形状记忆合金制备的形状记忆合金振子层1-3和PI加热薄片9；以铝空心棒1-1中心为极点，橡胶振子层1-2、形状记忆合金振子层1-3和PI加热薄片9在0°位置均设有开口，橡胶振子层1-2在120°-240°位置与铝空心棒1-1胶结(参考图2)。所述橡胶振子层1-2与形状记忆合金振子层1-3胶结；所述橡胶振子1-2层同步形状记忆合金振子层1-3的形变。所述PI加热薄片9与形状记忆合金振子层1-3胶结；所述PI加热薄片9同步形状记忆合金振子层1-3的形变。
三组一维声子晶体模型1平行排列、并形成等边三棱柱结构，连接板2将三组一维声子晶体模型1的输出端相连接，且连接板与三组一维声子晶体模型1的输出端可拆卸连接；所述连接板2的中心位置可拆卸连接输出棒7；所述外壳包括上保护层3、侧保护层4和底保护层8，其材质为金属和/或合金；所述上保护层3中心位置设有输出孔，输出棒7穿过输出孔与输出平台6可拆卸连接，输出棒7与输出孔之间留有间隙，防止上保护层3对输出棒7造成振动的二次干扰；所述侧保护层4设有导线孔5，导线穿过导线孔5与PI加热薄片9相连；所述底保护层8将三组一维声子晶体模型1的输入端相可拆卸连接。
实施例2：
本发明还提供上述基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台的使用方法：通过调整PI加热薄片9的通电状态选择声子晶体隔振平台的隔振模式。
所述隔振模式分为三种：
低频隔振降噪模式：不与PI加热薄片9通电或PI加热薄片9断电冷却后，形状记忆合金振子层1-3为马氏体状态(参考图1)，与橡胶振子层1-2一起包覆在空心铝棒1-1上，成为局域共振型声子晶体结构，对低频振动信号起到减振降噪作用。
参考图4，本发明的声子晶体隔振平台在马氏体状态下的包覆结构。
高频隔振降噪模式：与全部PI加热薄片9通电，形状记忆合金振子层1-3为奥氏体状态，形状记忆合金振子层1-3在奥氏体相变时，橡胶振子层1-2随形状记忆合金振子层1-3发生形变，由包覆的马氏体状态称为平直的奥氏体状态(参考图2)，形状记忆合金振子层1-3与橡胶振子层1-2一起由开口处伸直，三个位置一起伸直的振子相连接在一起，成为布拉格型声子晶体结构，对高频振动信号起到减振降噪作用。
参考图5，本发明的声子晶体隔振平台在奥氏体状态下的平直结构。
自由隔振降噪模式：与部分PI加热薄片9通电，可自由选择组合为多种隔振降噪模式和工作频率。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，包括三组一维声子晶体模型、连接板、外壳、输出棒和输出平台，所述三组一维声子晶体模型、连接板位于外壳内；
每组一维声子晶体模型由多个声子晶体原胞竖向排列而成，所述声子晶体原胞包括铝空心棒，铝空心棒由内向外依次包覆橡胶振子层、形状记忆合金振子层和PI加热薄片；
三组一维声子晶体模型平行排列并形成等边三棱柱结构，连接板将三组一维声子晶体模型的输出端相连接；所述连接板的中心位置连接输出棒；所述外壳包括上保护层、侧保护层和底保护层；所述上保护层中心位置设有输出孔，输出棒穿过输出孔与输出平台连接；所述侧保护层设有导线孔，导线穿过导线孔与PI加热薄片相连；所述底保护层将三组一维声子晶体模型的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，以铝空心棒中心为极点，橡胶振子层、形状记忆合金振子层和PI加热薄片在0°位置均设有开口，橡胶振子层在120°-240°位置与铝空心棒胶结。
3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述橡胶振子层与形状记忆合金振子层胶结；所述橡胶振子层同步形状记忆合金振子层的形变。
4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述PI加热薄片与形状记忆合金振子层胶结；所述PI加热薄片同步形状记忆合金振子层的形变。
5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述一维声子晶体模型的声子晶体原胞周期数≥4。
6.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述连接板、上保护层、侧保护层和底保护层的材质为金属或合金。
7.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述形状记忆合金振子层的材质为双程形状记忆合金。
8.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述连接板与输出棒、一维声子晶体模型之间均为可拆卸连接；所述输出棒与输出平台可拆卸连接；所述底保护层与一维声子晶体模型的输入端可拆卸连接；所述侧保护层与上保护层、低保护层之间均为可拆卸连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，其特征在于，所述上保护层的输出孔与输出棒之间留有间隙。
10.一种声子晶体隔振平台的使用方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的基于形状记忆合金的声子晶体隔振平台，通过调整PI加热薄片的通电状态实现声子晶体隔振平台的不同隔振降噪模式，以达到不同的隔振降噪效果。
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