CN113090847B - 用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构及制备方法，管路结构包括：若干个串联连接的减振降噪管路原胞；所述减振降噪管路原胞包括：依次连接的第一接管、第二接管和第三接管；振子件单元，位于第二接管的部分外壁上且围绕第二接管设置；自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减；所述第二接管呈直管状；自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减。所述用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构具有良好的低频、宽带减振消声功能。

Description

用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构及制备方法

技术领域

本发明属于管路降噪及力学超构材料领域，尤其涉及一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构及制备方法。

背景技术

充液管路系统广泛应用于航空航天、船舶、高铁、汽车等装备中，充液管路系统在正常工作运行时，流体和管路结构会产生流固耦合作用：即流体在管路结构内循环流动产生的压力脉动和速度脉动会引发管路结构的管壁振动，进而产生噪声，同时管壁的振动会导致管内流体形态发生改变。流固耦合管路系统的振动与噪声问题十分严重，据统计，在现实工业生产中，充液管路系统中75％以上管路接头损坏或者管路破裂是由流固耦合作用引起的振动与噪声问题所致，这一问题在船舶的充液管路系统和飞机的液压管路系统中显得更为突出。各国科研人员对该问题给予了广泛关注，控制流固耦合管路系统的振动与噪声问题的措施主要有：在管壁外敷设粘弹性阻尼材料、在管路和支座间安装阻尼器或减振层、在管路系统中安装消声弯头及水消声器、以及主动控制技术等，这些方法对中高频噪声能够产生较好的效果。

然而，由于船舶、飞机等运载装备管路系统的辐射噪声主要以低频噪声为主，而且受装备结构形式以及空间尺寸、附加质量的限制，上述噪声控制措施在运载装备输流管路系统难以取得良好的减振降噪效果，并且上述措施的减振降噪带宽通常不够宽，迫切需要新的运载装备管路系统控制噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中难以实现低频宽带减振消声功能的问题，从而提供一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，包括：若干个串联连接的减振降噪管路原胞；所述减振降噪管路原胞包括：依次连接的第一接管、第二接管和第三接管；振子件单元，位于第二接管的部分外壁上且围绕第二接管设置；自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减；所述第二接管呈直管状；自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减。

可选的，所述振子件单元包括：振子刚性件和振子质量件，所述振子刚性件位于第二接管的部分外壁表面且围绕第二接管，所述振子质量件位于所述振子刚性件背向所述第二接管一侧的表面。

可选的，所述振子刚性件的材料包括硅胶、橡胶或软质塑料；所述振子质量件的材料包括钢、铝、铜、有机玻璃、PVC、或木材。

可选的，所述振子刚性件的内径与所述第二接管的外径相同，所述振子刚性件的内径为35mm～100mm，所述振子刚性件的厚度为2.5mm～10.5mm；所述振子质量件的内径与所述振子刚性件的外径相同；所述振子质量件的厚度为2.0mm～6.5mm。

可选的，所述振子刚性件的内表面与第二接管的外壁之间的接触连接形式为离散接触连接；沿着第二接管的周向方向设置有若干个间隔的振子刚性件。

可选的，所述振子刚性件在平行于第二接管的内径方向上的截面形状为方形、圆形、三角形、圆环形、三角环形、或回环形。

可选的，所述振子刚性件的内表面与第二接管的外壁之间的接触连接形式为连续接触连接。

可选的，所述振子刚性件在平行于第二接管的内径方向上的截面形状为圆环形、三角环形、或回环形。

可选的，所述振子刚性件在平行于第二接管的内径方向上的和所述振子质量件在平行于第二接管的内径方向上的截面形状相同。

可选的，所述振子件单元可以为单振子结构；或者，所述振子件单元的数量为若干个，若干个振子件单元沿垂直于振子刚性件与振子质量件的接触面的法向方向排布；或者，所述振子件单元的数量为若干个，若干个振子件单元沿第二接管的轴向方向排布。

可选的，设置在第二接管的部分外壁上且分别位于所述振子件单元两侧的第一支撑壳体和第二支撑壳体。

可选的，第一支撑壳体平行于第一支撑壳体的内径方向上的截面形状、第二支撑壳体在平行于第二支撑壳体的内径方向上的截面形状、以及第二接管在平行于第二接管的内径方向上的截面形状相同。

可选的，所述第一支撑壳体的材料包括钢、铁、铝、铜、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料；所述第二支撑壳体的材料包括钢、铁、铝、铜、碳纤维复合材料、或者芳纶纤维复合材料。

可选的，所述第一接管在平行于第一接管的内径方向上的截面形状、第二接管在平行于第二接管的内径方向上的截面形状、以及第三接管在平行于第三接管的内径方向上的截面形状相同。

可选的，所述第一接管在平行于第一接管的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形；所述第二接管在平行于第二接管的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形；所述第三接管在平行于第三接管的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。

可选的，所述第一接管、第二接管和第三接管的管路内适于填充流体；所述第一接管和第三接管均为刚性管；所述第二接管为柔性管，第二接管与填充在第二接管内的流体充分耦合。

本发明还提供一种减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的制备方法，包括：制备若干个减振降噪管路原胞；将若干个减振降噪管路原胞串联连接在一起；制备减振降噪管路原胞的步骤包括：制备第一接管、第二接管和第三接管；制备振子件单元；将振子件单元固定安装在第二接管的外壁上；将第一接管与第二接管的一端连接，将第三接管与第二接管的另一端连接，自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减，自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减。

可选的，制备减振降噪管路原胞的步骤还包括：制备第一支撑壳体和第二支撑壳体；将第一接管与第二接管的一端连接，将第三接管与第二接管的另一端连接之前，将第一支撑壳体固定安装在振子件单元一侧的第二接管的部分外壁上；将第二支撑壳体固定安装在振子件单元另一侧的第二接管的部分外壁上。

可选的，制备振子件单元的步骤包括：制备振子刚性件；制备振子质量件；将振子刚性件与振子质量件固定连接构成振子件单元。

可选的，若干个减振降噪管路原胞包括第一个减振降噪管路原胞至第N个减振降噪管路原胞，N为大于等于2的整数；将若干个减振降噪管路原胞串联连接在一起的步骤包括：将第k个减振降噪管路原胞中第三接管3背向第二接管2的一端的端口与第k+1个减振降噪管路原胞中第一接管背向第二接管的一端的端口连接，k为大于等于1且小于等于N的整数。

本发明技术方案具有以下益效果：

1.本发明技术方案提供的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构中，包括若干个串联连接的减振降噪管路原胞；减振降噪管路原胞包括依次连接的第一接管、第二接管和第三接管；振子件单元，位于第二接管的部分外壁上且围绕第二接管设置；自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减；所述第二接管呈直管状；自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减。若干个减振降噪管路原胞沿减振降噪管路原胞的轴向方向周期性的延拓。所述用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构具有良好的低频、宽带减振消声功能，且管路结构的尺寸小刚度大，兼顾管路承载能力。

2.本发明技术方案提供的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的制备方法中，制备若干个减振降噪管路原胞；将若干个减振降噪管路原胞串联连接在一起；制备减振降噪管路原胞的步骤包括：制备第一接管、第二接管和第三接管；制备振子件单元；将振子件单元固定安装在第二接管的外壁上；将第一接管与第二接管的一端连接，将第三接管与第二接管的另一端连接，自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减，自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减。若干个减振降噪管路原胞沿减振降噪管路原胞的轴向方向周期性的延拓。所述用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构具有良好的低频、宽带减振消声功能，且管路结构的尺寸小刚度大，兼顾管路承载能力。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的示意图；

图2是图1中减振降噪管路原胞的结构示意图；

图3是本发明一实施例中第一接管和第三接管的一种截面示意图；

图4是本发明另一实施例中第一接管和第三接管的一种截面示意图；

图5是本发明又一实施例中第一接管和第三接管的一种截面示意图；

图6是本发明一实施例中第二接管与振子件单元连接处的截面示意图；

图7是本发明另一实施例中第二接管与振子件单元连接处的截面示意图；

图8是本发明又一实施例中第二接管与振子件单元连接处的截面示意图；

图9是本发明实施例中用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的降噪效果图。

具体实施方式

本发明基于力学超材料的创新设计方法，将结构低频宽带的设计思想引入到管路设计中，克服了管路传统降噪措施的不足。力学超材料是指在连续介质中周期或非周期的嵌入特殊的人工结构单元，能够在亚波长频段获得与自然界中物质迥然不同的超常物理性质的“新材料”，可以实现对弹性波和声波的超常操控，使得其在众多领域都拥有十分可观的应用前景，如隐身斗篷、透镜、声学成像、声筛、减振降噪等方面。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明内容。

在此基础上，本发明一实施例提供一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，参考图1和图2，包括：

若干个串联连接的减振降噪管路原胞10；

所述减振降噪管路原胞包括：依次连接的第一接管1、第二接管2和第三接管3；振子件单元8，位于第二接管2的部分外壁上且围绕第二接管2设置；设置在第二接管2的部分外壁上且分别位于振子件单元8两侧的第一支撑壳体5和第二支撑壳体9。

若干个减振降噪管路原胞包括第一个减振降噪管路原胞至第N个减振降噪管路原胞，N为大于等于2的整数。

第k个减振降噪管路原胞中第三接管3背向第二接管2的一端的端口与第k+1个减振降噪管路原胞中第一接管背向第二接管的一端的端口连接，k为大于等于1且小于等于N的整数。

自第一接管1至第二接管2的方向上，所述第一接管1的内径递减；所述第二接管2呈直管状；自第三接管3至第二接管2的方向上，所述第三接管3的内径递减。

所述第三接管3和所述第一接管1关于所述第二接管2对称设置。

第一接管1的内部中空。所述第二接管2呈内部中空。所述第三接管3内部中空。第一接管1、第二接管2和第三接管3相互连通。

第一接管1的材料包括钢、铝、铜等金属材料，或有机玻璃、PVC非金属材料，或复合材料、层合材料。第二接管2的材料包括钢、铝、铜等金属材料，或有机玻璃、PVC非金属材料、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、或者层合材料。第三接管3的材料包括钢、铝、铜等金属材料，或有机玻璃、PVC非金属材料、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、或者层合材料。优选的，第一接管1的材料和第三接管3的材料相同。

所述第一接管1在平行于第一接管1的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。所述第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。所述第三接管3在平行于第三接管3的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。

第一接管1、第二接管2和第三接管3的截面形状相同，也就是说，当第一接管1在平行于第一接管1的内径方向上的截面形状为圆环形(参考图3)时，第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为圆环形(参考图6)，第三接管3在平行于第三接管3的内径方向上的截面形状为圆环形(参考图3)；当第一接管1在平行于第一接管1的内径方向上的截面形状为回环形(参考图4)时，第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为回环形(参考图7)，第三接管3在平行于第三接管3的内径方向上的截面形状为回环形(参考图4)；当第一接管1在平行于第一接管1的内径方向上的截面形状为三角环形(参考图5)时，第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为三角环形(参考图8)，第三接管3在平行于第三接管3的内径方向上的截面形状为三角环形(参考图5)。

所述第一接管1和第三接管3均为刚性管，所述第二接管2为柔性管。第二接管2的硬度分别小于第一接管1和第三接管3的硬度。

所述第一接管1、第二接管2和第三接管3之间的连接方式为胶接、焊接或者镶嵌连接。

第一接管1的壁厚为4.0mm～6.5mm，如5mm；第三接管3的壁厚为4.0mm～6.5mm，如5mm。第一接管1沿着第一接管1的中心轴的长度为90mm～300mm，如100mm；第三接管3沿着第三接管3的中心轴的长度为90mm～300mm，如100mm。

第二接管2沿着第二接管2的中心轴的长度为150mm～400mm，例如200mm。第二接管2的壁厚为4.0mm～6.5mm，如5mm。

自第一接管1至第二接管2的方向上，所述第一接管1的内径递减；所述第二接管2呈直管状；自第三接管3至第二接管2的方向上，所述第三接管3的内径递减。

所述第一接管1具有相对的第一端口和第二端口，第二接管2具有相对的第三端口和第四端口，第三接管3具有相对的第五端口至第六端口，第二端口适于与第三端口连接，第四端口适于与第五端口连接，第一端口至第二端口的内径递减，第五端口至第六端口的内径递增。

所述振子件单元8包括振子刚性件6和振子质量件7，所述振子刚性件6位于第二接管2的部分外壁表面且围绕第二接管2，所述振子质量件7位于所述振子刚性件6背向所述第二接管2一侧的表面。

所述振子刚性件6的外表面与振子质量件7的内表面接触连接，所述振子刚性件6的内表面与第二接管2的外壁接触连接。

所述振子刚性件6的材料包括硅胶、橡胶、或软质塑料。

所述振子质量件7的材料包括钢、铝、铜金属材料，或有机玻璃、PVC、木材非金属材料，或复合材料、层合材料。

所述振子刚性件6的内径与所述第二接管2的外径相同，在一个实施例中，所述振子刚性件6的内径为35mm～100mm，例如60mm，所述振子刚性件6的厚度为2.5mm～10.5mm，如4mm。

所述振子质量件7的内径与所述振子刚性件6的外径相同；在一个实施例中，所述振子质量件7的厚度为2.0mm～6.5mm。振子质量件7的内径为37.5mm～110.5mm,例如64mm，振子质量件7的厚度为2.0mm～6.5mm，例如3.5mm～4.5mm，如4mm。

振子件单元8位于第二接管2的部分外壁上且围绕第二接管2设置。所述振子刚性件6的内表面与第二接管2的外壁之间的接触连接形式为离散接触连接或连续接触连接。当振子刚性件6的内表面与第二接管2的外壁之间的接触连接形式为离散接触连接时，沿着第二接管2的周向方向设置有若干个间隔的振子刚性件6，振子刚性件6在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为方形、圆形、三角形、圆环形、三角环形、或回环形。当振子刚性件6的内表面与第二接管2的外壁之间的接触连接形式为连续接触连接时，振子刚性件6位于第二接管2的部分外壁上且环绕第二接管2，振子刚性件6在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为圆环形、三角环形、或回环形。

所述振子刚性件6和振子质量件7的截面形状相同。当振子刚性件6在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为方形、圆形、三角形、圆环形、三角环形、或回环形时，振子质量件7在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为方形、圆形、三角形、圆环形、三角环形、或回环形；当振子刚性件6在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为圆环形、三角环形、或回环形时，振子质量件7在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为圆环形、三角环形、或回环形。

所述振子刚性件6与第二接管2之间连接方式、以及振子刚性件6与振子质量件7之间的连接方式包括采用胶接、焊接或镶嵌连接。

本实施例中，所述振子件单元8可以为单振子结构，也就是说，一个减振降噪管路原胞中设置一个振子件单元8。

在其他实施例中，所述振子件单元的数量为若干个，若干个振子件单元沿垂直于振子刚性件与振子质量件的接触面的法向方向排布。

在其他实施例中，所述振子件单元的数量为若干个，若干个振子件单元沿第二接管的轴向方向排布。

本实施例中，振子刚性件6的作用包括：提供振子弯曲共振调谐刚度，提供振子轴向共振主体刚度；振子质量件7的作用包括：提供振子共振质量。

所述第一支撑壳体5和第二支撑壳体9的作用包括：支撑第二接管2，增强管路刚度和强度，限定振子位置，防止振子脱离，促进振子发挥局域共振效应。

所述第一支撑壳体5位于振子件单元8的一侧，第一支撑壳体5的内表面与第二接管2的部分外壁接触连接。所述第二支撑壳体9位于振子件单元8的另一侧，第二支撑壳体9的内表面与第二接管2的部分外壁接触连接。

第一支撑壳体5在平行于第一支撑壳体5的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。第二支撑壳体9在平行于第二支撑壳体9的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。

第一支撑壳体5的截面形状、第二支撑壳体9的截面形状和第二接管2的截面形状相同。也就是说，当第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为圆环形时，第一支撑壳体5在平行于第一支撑壳体5的内径方向上的截面形状为圆环形，第二支撑壳体9在平行于第二支撑壳体9的内径方向上的截面形状为圆环形；当第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为回环形时，第一支撑壳体5在平行于第一支撑壳体5的内径方向上的截面形状为回环形，第二支撑壳体9在平行于第二支撑壳体9的内径方向上的截面形状为回环形；当第二接管2在平行于第二接管2的内径方向上的截面形状为三角环形时，第一支撑壳体5在平行于第一支撑壳体5的内径方向上的截面形状为三角环形，第二支撑壳体9在平行于第二支撑壳体9的内径方向上的截面形状为三角环形。

所述第二接管2与第一支撑壳体5、第二支撑壳体9之间的连接方式采用焊接、铆接、胶接、或镶嵌连接。

所述第一支撑壳体5的材料包括钢、铁、铝、铜、碳纤维复合材料、或者芳纶纤维复合材料。所述第二支撑壳体9的材料包括钢、铁、铝、铜、碳纤维复合材料、或者芳纶纤维复合材料。

在一个实施例中，第一支撑壳体5的壁厚为第二接管2的壁厚的1/15～1/8,如1/10；第二支撑壳体9的壁厚为第二接管2的壁厚的1/15～1/8,如1/10。

在一个具体的实施例中，第一支撑壳体5的壁厚为0.35mm～0.65mm，如0.5mm，第二支撑壳体9的壁厚为0.35mm～0.65mm，如0.5mm。

本实施例中，第一支撑壳体5和第二支撑壳体9关于第二接管2对称设置。

所述第一接管1、第二接管2和第三接管3的管路内适于填充流体4，所述流体4填充到第一接管1、第二接管2、第三接管3的内部中空区域，并分别与第一接管1、第二接管2和第三接管3充分接触耦合。第二接管2与填充在第二接管2内的流体充分耦合。所述流体4例如为水。

本实施例中，相邻的减振降噪管路原胞10是连通的。

本实施例中，用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构包括若干个减振降噪管路原胞10，若干个减振降噪管路原胞10沿减振降噪管路原胞10的轴向方向周期性的延拓。所述用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构具有良好的低频、宽带减振消声功能。具体的，在沿着自第一接管1至第三接管3的排布方向上，通过第一接管1管径递减变化、第二接管2均匀管径过渡、第三接管3管径递增变化，并协同第一接管1、第二接管2、第三接管3刚度的刚性-柔性-刚性变化组合，形成管路周期结构的多个布拉格散射模式；由第二接管2与振子刚性件6协同构成振子局域共振刚度，并组合振子质量件7形成多个局域共振模式。特定频率的波(弹性波或声波)在若干个串联连接的减振降噪管路原胞10中传播时，一方面会与管路周期结构相互作用发生布拉格共振，激发结构的布拉格散射模式，使得波发生全反射，无法沿着管路向前传播；另一方面特定频率的波会与振子件单元8发生耦合作用，引发振子件单元8的局域共振模式，使得局域共振频率位置附近波(弹性波或声波)的能量局域在振子件单元8上，并被振子件单元8的剧烈振动产生的热能消耗掉，从而抑制波沿着管路传播。另一方面，柔性的第二接管2与填充在第二接管2内的流体充分耦合，促使特定频率的波与振子件单元8发生耦合作用，引发振子件单元8的局域共振模式，使得局域共振频率位置附近波(弹性波或声波)的能量局域在振子件单元8上，并被振子件单元8的剧烈振动产生的热能消耗掉，从而抑制波沿着管路传播。上述几种模式作用一起，协同实现管路结构的低频、宽带减振消声功能。第一支撑壳体5和第二支撑壳体9既支撑第二接管2，增强第二接管2的刚度和强度，又限制振子件单元8的位置，防止振子件单元8在共振过程中脱落，并促使振子件单元8更好发挥局域共振效用。

本发明另一实施例还提供一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构(参考图1和图2)的制备方法，包括：制备若干个减振降噪管路原胞10；将若干个减振降噪管路原胞10串联连接在一起。

制备减振降噪管路原胞的步骤包括：

第一步骤：制备第一接管1、第二接管2和第三接管3，所述第二接管2呈直管状；

所述第一接管1具有相对的第一端口和第二端口，第二接管2具有相对的第三端口和第四端口，第三接管3具有相对的第五端口至第六端口，第二端口适于与第三端口连接，第四端口适于与第五端口连接，第一端口至第二端口的内径递减，第五端口至第六端口的内径递增。

制备第一接管1、第二接管2和第三接管3的工艺包括械加工工艺或铸造工艺。

第二步骤：制备第一支撑壳体5、第二支撑壳体9；

制备第一支撑壳体5和第二支撑壳体9的工艺包括钣金工艺、焊接工艺、机械加工工艺或铸造工艺。

第三步骤：制备振子件单元8；

制备振子件单元8的步骤包括:制备振子刚性件6；制备振子质量件7；将振子刚性件6与振子质量件7固定连接构成振子件单元8。

制备振子刚性件6的工艺包括3D打印工艺、开模铸造工艺或机械加工工艺。制备振子质量件7的工艺包括机械加工工艺或铸造工艺。

第四步骤：将振子件单元8固定安装在第二接管2的外壁上；

第五步骤：将第一支撑壳体5固定安装在振子件单元8一侧的第二接管2的部分外壁上；将第二支撑壳体9固定安装在振子件单元8另一侧的第二接管2的部分外壁上；

第六步骤：将第一接管2与第二接管2的一端连接，将第三接管3与第二接管2的另一端连接，自第一接管1至第二接管2的方向上，所述第一接管1的内径递减，自第三接管3至第二接管2的方向上，所述第三接管3的内径递减。具体的，将第二端口与第三端口连接，将第四端口与第五端口连接。

若干个减振降噪管路原胞包括第一个减振降噪管路原胞至第N个减振降噪管路原胞，N为大于等于2的整数。

将若干个减振降噪管路原胞串联连接在一起的步骤包括：将第k个减振降噪管路原胞中第三接管3背向第二接管2的一端的端口与第k+1个减振降噪管路原胞中第一接管背向第二接管的一端的端口连接，k为大于等于1且小于等于N的整数。

将流体充入第一接管1、第二接管2、第三接管3中空区域。

在一个具体的实施例中，第一接管1和第三接管3采用机械加工制备，第一接管1和第三接管3的材料为钢，第一接管1和第三接管3的长度均分别100mm，第一接管1和第三接管3的壁厚均为5mm，第一接管1与第二接管2连接端的内径为46mm，第三接管3与第二接管连接端的内径为46mm；第二接管2采用铸造成型，第二接管2的材料为橡胶，第二接管2的长度为200mm，第二接管2的壁厚为5mm；第一支撑壳体、第二支撑壳体采用钣金成型制备，第一支撑壳体、第二支撑壳体的材料为铝合金，第一支撑壳体、第二支撑壳体的壁厚均为0.5mm；振子刚性件的材料为硅胶，振子刚性件的截面形状为圆环状，振子刚性件的内径为60mm，厚度为4mm，长度为20mm；振子质量件的材料为钢，振子质量件的内径68mm，振子质量件的厚度4mm；流体采用水，减振降噪管路原胞周期数为4，也就是，若干个减振降噪管路原胞包括第一个减振降噪管路原胞至第四个减振降噪管路原胞。第二接管与第一接管之间、第二接管与第三接管之间采用螺纹连接。第二接管与振子刚性件之间、振子刚性件与振子质量件之间，第一支撑壳体与第二接管之间，第二支撑壳体与第二接管之采用胶结连接。

参阅图9，从消声计算结果可以看出，本发明设计的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，在较小尺寸下，实现了良好的低频宽带消声效果；克服了传统充液管路减振降噪措施频带过窄、低频降噪尺寸结构过大的不足，并且结构简单，兼顾了管路结构的高刚度。图9中的横轴为频率，单位为Hz,纵轴为传声损失，单位为dB。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，包括：

若干个串联连接的减振降噪管路原胞；

所述减振降噪管路原胞包括：依次连接的第一接管、第二接管和第三接管；振子件单元，位于第二接管的部分外壁上且围绕第二接管设置；

自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减；所述第二接管呈直管状；自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减；

所述第一接管、第二接管和第三接管的管路内适于填充流体；所述第一接管和第三接管均为刚性管；所述第二接管为柔性管，第二接管与填充在第二接管内的流体充分耦合；

还包括：设置在第二接管的部分外壁上且分别位于所述振子件单元两侧的第一支撑壳体和第二支撑壳体。

2.根据权利要求1所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子件单元包括：振子刚性件和振子质量件，所述振子刚性件位于第二接管的部分外壁表面且围绕第二接管，所述振子质量件位于所述振子刚性件背向所述第二接管一侧的表面。

3.根据权利要求2所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，

所述振子刚性件的材料包括硅胶、橡胶或软质塑料；

所述振子质量件的材料包括钢、铝、铜、有机玻璃、PVC、或木材。

4.根据权利要求2所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子刚性件的内径与所述第二接管的外径相同，所述振子刚性件的内径为35mm～100mm，所述振子刚性件的厚度为2.5mm～10.5mm；

所述振子质量件的内径与所述振子刚性件的外径相同；所述振子质量件的厚度为2.0mm～6.5mm。

5.根据权利要求2所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子刚性件的内表面与第二接管的外壁之间的接触连接形式为离散接触连接；沿着第二接管的周向方向设置有若干个间隔的振子刚性件。

6.根据权利要求5所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子刚性件在平行于第二接管的内径方向上的截面形状为方形、圆形、三角形、圆环形、三角环形、或回环形。

7.根据权利要求2所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子刚性件的内表面与第二接管的外壁之间的接触连接形式为连续接触连接。

8.根据权利要求7所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子刚性件在平行于第二接管的内径方向上的截面形状为圆环形、三角环形、或回环形。

9.根据权利要求2所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子刚性件在平行于第二接管的内径方向上的和所述振子质量件在平行于第二接管的内径方向上的截面形状相同。

10.根据权利要求1所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述振子件单元为单振子结构；或者，所述振子件单元的数量为若干个，若干个振子件单元沿垂直于振子刚性件与振子质量件的接触面的法向方向排布；或者，所述振子件单元的数量为若干个，若干个振子件单元沿第二接管的轴向方向排布。

11.根据权利要求1所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，

第一支撑壳体平行于第一支撑壳体的内径方向上的截面形状、第二支撑壳体在平行于第二支撑壳体的内径方向上的截面形状、以及第二接管在平行于第二接管的内径方向上的截面形状相同。

12.根据权利要求1所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述第一支撑壳体的材料包括钢、铁、铝、铜、碳纤维复合材料或者芳纶纤维复合材料；所述第二支撑壳体的材料包括钢、铁、铝、铜、碳纤维复合材料、或者芳纶纤维复合材料。

13.根据权利要求1所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述第一接管在平行于第一接管的内径方向上的截面形状、第二接管在平行于第二接管的内径方向上的截面形状、以及第三接管在平行于第三接管的内径方向上的截面形状相同。

14.根据权利要求1或13所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构，其特征在于，所述第一接管在平行于第一接管的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形；所述第二接管在平行于第二接管的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形；所述第三接管在平行于第三接管的内径方向上的截面形状为圆环形、回环形、或三角环形。

15.一种如权利要求1至14任意一项所述的减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的制备方法，其特征在于，包括：

制备若干个减振降噪管路原胞；将若干个减振降噪管路原胞串联连接在一起；

制备减振降噪管路原胞的步骤包括：制备第一接管、第二接管和第三接管；制备振子件单元；将振子件单元固定安装在第二接管的外壁上；将第一接管与第二接管的一端连接，将第三接管与第二接管的另一端连接，自第一接管至第二接管的方向上，所述第一接管的内径递减，自第三接管至第二接管的方向上，所述第三接管的内径递减；所述第一接管、第二接管和第三接管的管路内适于填充流体；所述第一接管和第三接管均为刚性管；所述第二接管为柔性管，第二接管与填充在第二接管内的流体充分耦合；

制备减振降噪管路原胞的步骤还包括：制备第一支撑壳体和第二支撑壳体；将第一接管与第二接管的一端连接，将第三接管与第二接管的另一端连接之前，将第一支撑壳体固定安装在振子件单元一侧的第二接管的部分外壁上；将第二支撑壳体固定安装在振子件单元另一侧的第二接管的部分外壁上。

16.根据权利要求15所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的制备方法，其特征在于，

制备振子件单元的步骤包括：制备振子刚性件；制备振子质量件；将振子刚性件与振子质量件固定连接构成振子件单元。

17.根据权利要求15所述的用于减振消声的流固耦合力学超材料管路结构的制备方法，其特征在于，

若干个减振降噪管路原胞包括第一个减振降噪管路原胞至第N个减振降噪管路原胞，N为大于等于2的整数；

将若干个减振降噪管路原胞串联连接在一起的步骤包括：将第k个减振降噪管路原胞中第三接管3背向第二接管2的一端的端口与第k+1个减振降噪管路原胞中第一接管背向第二接管的一端的端口连接，k为大于等于1且小于等于N的整数。

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