CN113761648A - 一种低频减振双层波纹超结构 - Google Patents

一种低频减振双层波纹超结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低频减振双层波纹超结构，包括双层波纹夹芯板以及布置在双层波纹夹芯板上的局域共振功能基元，所述双层波纹夹芯板与局域共振功能基元相连，所述双层波纹夹芯板包括上面板、双层波纹夹芯元胞及下面板，所述双层波纹夹芯元胞呈周期性排列在上面板、下面板之间，且相邻两个双层波纹夹芯元胞之间固定相连。本发明通过将局域共振机构的共振效应与双层波纹夹芯板结合，设计螺旋臂‑弹性质量块组成的局域共振机构，可以有效降低结构的共振频率，实现对低频振动的有效衰减。

Description

一种低频减振双层波纹超结构
技术领域
本发明涉及工程应用中的减振领域，尤其是涉及一种低频减振双层波纹超结构。
背景技术
在航空、航天及交通等领域，低频振动控制的优劣关系着设备是否能正常运行和内部人员的舒适度以及安全度。优异的低频减振结构不但可以给内部人员提供相对舒适的工作和休息环境，同时还能减少向外透射，提高舰船等结构隐身性能。弹性波超结构因其独特的局域共振特点，能够以小尺寸实现大波长的低频减振。在实际应用中，现有低频减振结构力学性能的不足同时也制约其在工程实际中的应用范围。
因此，研发一种具有良好力学性能的低频减振结构是很有必要的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低频减振双层波纹超结构。
本发明提供的低频减振双层波纹超结构具备良好力学性能与低频减振性能，能够为工程中低频减振问题提供解决方案。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种低频减振双层波纹超结构，包括双层波纹夹芯板以及布置在双层波纹夹芯板上的局域共振功能基元，所述双层波纹夹芯板与局域共振功能基元相连。
在本发明的一个实施方式中，所述双层波纹夹芯板包括上面板、双层波纹夹芯元胞及下面板，所述双层波纹夹芯元胞呈周期性排列在上面板、下面板之间，且相邻两个双层波纹夹芯元胞之间固定相连。
在本发明的一个实施方式中，每个双层波纹夹芯元胞的顶部与上面板的下表面固定连接，每个双层波纹夹芯元胞的底部与下面板的上表面固定连接。
在本发明的一个实施方式中，每个双层波纹夹芯元胞由两个波纹夹芯板镜像组成，两个波纹夹芯板固定连接。通过每层夹芯板的尺寸进行设计，能够有效提高低频减振。
在本发明的一个实施方式中，所述局域共振功能基元设置在上面板和下面板上。
在本发明的一个实施方式中，所述局域共振功能基元由螺旋臂与弹性质量块组成。
在本发明的一个实施方式中，每个局域共振功能基元由一个弹性质量块与四根独立的螺旋臂组成，每个螺旋臂分布在上面板与下面板上，以板中心为圆心旋转构成，每个螺旋臂的分布相差90度，内侧直径与弹性质量块直径相等，每个螺旋臂与弹性质量块固定相连，所述弹性质量块固定连接至上面板与下面板上，构成一个局域共振功能基元。所形成的局域共振功能基元可以实现低频减振的特性，通过对螺旋臂与弹性质量块合理的尺寸设计，能够实现对特定频率振动的有效衰减，进而实现多频率段的减振。
本发明提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，相比于传统用于减振的板类结构，双层波纹夹芯板的设计提高了结构的承载能力，局域共振功能基元的设计能够对低频振动进行有效衰减。在工程应用中，双层波纹超结构会受到不同频率的振动激励，当振动激励频率与结构的固有频率一致时，结构会发生共振，在特定的低频范围内实现大幅减振效果。通过将局域共振机构的共振效应与双层波纹夹芯板结合，设计螺旋臂-弹性质量块组成的局域共振机构，可以有效降低结构的共振频率，实现对低频振动的有效衰减。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种具备低频减振的双层波纹超结构，相比于用于减振的传统薄板结构，双层波纹夹芯板的设计提高了结构的承载能力，局域共振功能基元的设计能够对低频振动进行有效衰减。
(2)本发明提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，通过将波纹夹芯板双层设计，提高了结构的稳定性与力学性能。
(3)本发明提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，通过引入螺旋臂与弹性质量块构成局域共振功能基元，有效降低了调控振动的频率范围，通过对局域共振功能基元的尺寸设计，实现对特定频率的减振，提高减振效果。
(4)本发明提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，所设计结构均为一体化设计，实际加工可以实现一体成型，结构简单，易于工程中的实际应用。
附图说明
图1为本发明实施例1中低频减振双层波纹超结构的立体结构示意图；
图2为本发明实施例1中低频减振双层波纹超结构的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例1中低频减振双层波纹超结构的主视结构示意图；
图4为本发明实施例1中低频减振双层波纹超结构的侧视结构示意图；
图5为本发明实施例2中低频减振双层波纹超结构中局域共振功能基元的结构示意图；
图6为本发明实施例3中低频减振双层波纹超结构中双层波纹夹芯元胞的立体结构示意图；
图7为本发明实施例3中低频减振双层波纹超结构中双层波纹夹芯元胞的俯视结构示意图；
图8为本发明实施例4中低频减振双层波纹超结构样品的主视结构示意图；
图9为本发明实施例4中低频减振双层波纹超结构样品的俯视结构示意图；
图10为本发明实施例4中低频减振双层波纹超结构有限元模拟的低频隔振传输系数图；
图11为本发明实施例4中低频减振双层波纹超结构实验得到的低频隔振传输系数图。
图中标号所示：1、上面板，2、双层波纹夹芯元胞，3、螺旋臂，4、弹性质量块，5、下面板。
具体实施方式
本发明提供一种低频减振双层波纹超结构，包括双层波纹夹芯板以及布置在双层波纹夹芯板上的局域共振功能基元，所述双层波纹夹芯板与局域共振功能基元相连。
在本发明的一个实施方式中，所述双层波纹夹芯板包括上面板、双层波纹夹芯元胞及下面板，所述双层波纹夹芯元胞呈周期性排列在上面板、下面板之间，且相邻两个双层波纹夹芯元胞之间固定相连。
在本发明的一个实施方式中，每个双层波纹夹芯元胞的顶部与上面板的下表面固定连接，每个双层波纹夹芯元胞的底部与下面板的上表面固定连接。
在本发明的一个实施方式中，每个双层波纹夹芯元胞由两个波纹夹芯板镜像组成，两个波纹夹芯板固定连接。通过每层夹芯板的尺寸进行设计，能够有效提高低频减振。
在本发明的一个实施方式中，所述局域共振功能基元设置在上面板和下面板上。
在本发明的一个实施方式中，所述局域共振功能基元由螺旋臂与弹性质量块组成。
在本发明的一个实施方式中，每个局域共振功能基元由一个弹性质量块与四根独立的螺旋臂组成，每个螺旋臂分布在上面板与下面板上，以板中心为圆心旋转构成，每个螺旋臂的分布相差90度，内侧直径与弹性质量块直径相等，每个螺旋臂与弹性质量块固定相连，所述弹性质量块固定连接至上面板与下面板上，构成一个局域共振功能基元。所形成的局域共振功能基元可以实现低频减振的特性，通过对螺旋臂与弹性质量块合理的尺寸设计，能够实现对特定频率振动的有效衰减，进而实现多频率段的减振。
本发明提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，相比于传统用于减振的板类结构，双层波纹夹芯板的设计提高了结构的承载能力，局域共振功能基元的设计能够对低频振动进行有效衰减。在工程应用中，双层波纹超结构会受到不同频率的振动激励，当振动激励频率与结构的固有频率一致时，结构会发生共振，在特定的低频范围内实现大幅减振效果。通过将局域共振机构的共振效应与双层波纹夹芯板结合，设计螺旋臂-弹性质量块组成的局域共振机构，可以有效降低结构的共振频率，实现对低频振动的有效衰减。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
参照图1至图4，本实施例提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，所述超结构包括双层波纹超结构夹芯板和局域共振功能基元；
所述双层波纹超结构夹芯板包括上面板1、双层波纹夹芯元胞2和下面板5，双层波纹夹芯元胞2呈周期性排列在上面板1、下面板5之间，且相邻两个双层波纹夹芯元胞2之间固定相连。每个双层波纹夹芯元胞2的顶部与上面板1的下表面固定连接，每个双层波纹夹芯元胞2的底部与下面板5的上表面固定连接，每个上面板1与下面板5上分布了局域共振功能基元，每个局域共振功能基元固接在上面板1和下面板5上。
实施例2
在实施例1的基础上，进一步参考图5，本实施例提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，相较于实施例1，是对实施例1中局域共振功能基元作进一步限定。
本实施例中，所述局域共振功能基元包括弹性质量块4与螺旋臂结构3。
具体而言，参考图5，本实施例中每组螺旋臂结构3包含四个独立的螺旋臂3，每个螺旋臂3分布在上面板1与下面板5上，以板中心为圆心旋转构成，每个螺旋臂3的分布相差90度，内侧直径与弹性质量块4直径相等，每个螺旋臂3与弹性质量块4固定相连，将弹性质量块4固定连接至上面板1与下面板5上，所形成的局域共振功能基元可以实现低频减振的特性，通过对螺旋臂与弹性质量块合理的尺寸设计，能够实现对特定频率振动的有效衰减，进而实现多频率段的减振。
实施例3
在实施例1的基础上，进一步参考图6、图7，本实施例提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，相较于实施例1，是对实施例1中双层波纹超结构夹芯板作进一步限定。
所述双层波纹夹芯板包括上面板1、双层波纹夹芯元胞2和下面板5，双层波纹夹芯元胞2呈周期性排列在上面板1和下面板5之间，相邻两个双层波纹夹芯元胞2固定连接，每个双层波纹夹芯元胞2由两个波纹夹芯板镜像组成，两层波纹夹芯板固定连接，通过每层夹芯板的尺寸进行设计，能够有效提高低频减振。
实施例4
参照图1-图7，本实施例提供了一种具有低频减振的双层波纹超结构，所述超结构包括双层波纹超结构夹芯板和局域共振功能基元；
本实施例中，所述双层波纹超结构夹芯板包括上面板1、双层波纹夹芯元胞2和下面板5，双层波纹夹芯元胞2呈周期性排列在上面板1、下面板5之间，且相邻两个双层波纹夹芯元胞2之间固定相连。每个双层波纹夹芯元胞2的顶部与上面板1的下表面固定连接，每个双层波纹夹芯元胞2的底部与下面板5的上表面固定连接，每个双层波纹夹芯元胞2由两个波纹夹芯板镜像组成，两层波纹夹芯板固定连接，通过每层夹芯板的尺寸进行设计，能够有效提高低频减振。
本实施例中，每组螺旋臂结构3包含四个独立的螺旋臂3，每个螺旋臂3分布在上面板1与下面板5上，以板中心为圆心旋转构成，每个螺旋臂3的分布相差90度，内侧直径与弹性质量块4直径相等，每个螺旋臂3与弹性质量块4固定相连，将弹性质量块4固定连接至上面板1与下面板5上，所形成的局域共振功能基元可以实现低频减振的特性，通过对螺旋臂与弹性质量块合理的尺寸设计，能够实现对特定频率振动的有效衰减，进而实现多频率段的减振。
参考图8、图9，本实施例还给出了低频减振双层波纹超结构样品正视图与俯视图。
图10为本实施例中低频减振双层波纹超结构有限元模拟的低频隔振传输系数图；图11为本实施例中低频减振双层波纹超结构实验得到的低频隔振传输系数图。实验结果与有限元仿真结果表明，该结构已实现在138-147Hz频率范围内的有效减振。
本实施例低频减振的双层波纹超结构，相比于传统用于减振的板类结构，双层波纹夹芯板的设计提高了结构的承载能力，局域共振功能基元的设计能够对低频振动进行有效衰减。在工程应用中，双层波纹超结构会受到不同频率的振动激励，当振动激励频率与结构的固有频率一致时，结构会发生共振，在特定的低频范围内实现大幅减振效果。通过将局域共振机构的共振效应与双层波纹夹芯板结合，设计螺旋臂-弹性质量块组成的局域共振机构，可以有效降低结构的共振频率，实现对低频振动的有效衰减。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，包括双层波纹夹芯板以及布置在双层波纹夹芯板上的局域共振功能基元，所述双层波纹夹芯板与局域共振功能基元相连。
2.根据权利要求1所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，所述双层波纹夹芯板包括上面板、双层波纹夹芯元胞及下面板，所述双层波纹夹芯元胞呈周期性排列在上面板、下面板之间。
3.根据权利要求2所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，相邻两个双层波纹夹芯元胞之间固定相连。
4.根据权利要求2所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，每个双层波纹夹芯元胞的顶部与上面板的下表面固定连接，每个双层波纹夹芯元胞的底部与下面板的上表面固定连接。
5.根据权利要求2所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，每个双层波纹夹芯元胞由两个波纹夹芯板镜像组成，两个波纹夹芯板固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，所述局域共振功能基元设置在上面板和下面板上。
7.根据权利要求1所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，所述局域共振功能基元由螺旋臂与弹性质量块组成。
8.根据权利要求7所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，每个局域共振功能基元由一个弹性质量块与四根独立的螺旋臂组成。
9.根据权利要求8所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，每个螺旋臂分布在上面板与下面板上，以板中心为圆心旋转构成，每个螺旋臂的分布相差90度，内侧直径与弹性质量块直径相等，每个螺旋臂与弹性质量块固定相连。
10.根据权利要求8所述的一种低频减振双层波纹超结构，其特征在于，所述弹性质量块固定连接至上面板与下面板上。
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