CN115045939B - 一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层 - Google Patents

一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，是由四周封闭、且中部具有通孔的隔振骨架在垂直和水平方向周期阵列得到，所述隔振骨架的层数m范围为≥1层，隔振骨架的列数范围为≥1列；所述隔振骨架采用具有一定承载能力的硬橡胶制成，所述隔振骨架的通孔内部填充有软性材料，软性材料和隔振骨架相互贴合。本发明公开的一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，以适应对不同形状物体的表面减振降噪，克服目前橡胶隔振器隔振频率范围过窄、隔振效果不佳的问题。

Description

一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层
技术领域
本发明涉及减震降噪技术领域，尤其涉及一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层。
背景技术
在工程及生活中，振动环境多变且物体表面形貌不一，尤其是在建筑结构及设备系统建成后，由于振动设计的偏差及提升隔振降噪效果的原因，对不同振动物体都需要进行隔振降噪。为避免振动对要保护的物体造成危害，通常采取在振源处减振、切断振动传播路径、在保护物体处减振等方法。由于振动和噪声源头的多样性，因而要控制噪声和振动的产生是非常困难的，这就对建筑结构本身的减振隔降噪性能提出要求。
针对常见的振动，橡胶和金属弹簧常被用作隔振器，由于橡胶隔振和金属弹簧隔振均具有一定的形状和硬度，不易随物体形状的改变和变化，使得隔振器和物体的贴合度较差，当受到空间和重量的限制时，只能在较窄的频率范围内减振降噪，且隔振效果较差。
发明内容
本发明公开了一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，以适应对不同形状物体的表面减振降噪，克服目前橡胶隔振器隔振频率范围过窄、隔振效果不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，是由四周封闭、且中部具有通孔的隔振骨架在垂直和水平方向周期阵列得到，所述隔振骨架的层数m范围为≥1层，隔振骨架的列数范围为≥1列；所述隔振骨架采用具有一定承载能力的硬橡胶制成，所述隔振骨架的通孔内部填充有软性材料，软性材料和隔振骨架相互贴合。
进一步地，所述隔振骨架的周向侧面为带有一定弧度的弧面。
进一步地，所述弧面的曲线的确定公式为：
X＝0.06*sin(π/Y)
其中，X为弧面的曲线的水平坐标，Y为弧面的曲线的垂向坐标，且Y满足0≤Y≤H，
H为相邻两个垂直方向隔振骨架的层间距离。
进一步地，在垂直方向上，为了保证多层隔振骨架的可延续性，隔振骨架在垂直方向上作倾斜向上周期性排布。
进一步地，以相邻的至少两层隔振骨架为一组，在垂直方向上设置有多组隔振骨架层，多组隔振骨架层间的距离H从下至上逐渐减小。
进一步地，所述隔振骨架的骨架板的厚度均为h，0<h<1mm，更近一步地，h＝0.04mm.
进一步地，位于最下层的隔振骨架层间距离和位于最上层的隔振骨架层间距离的比为16:11。
进一步地，位于同一水平方向上的相邻隔振骨架之间的间隔等于(b1+b2)，其中，b1为隔振骨架水平方向的长度，b2为隔振骨架的宽度；更进一步，b1＝5mm，b2＝4.8mm。
进一步地，所述隔振骨架和软性材料的厚度一致。
进一步地，所述软性材料是硅胶。
本发明公开的一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层的有益效果：
1、本申请适用性强，采用硬橡胶构成具有通孔的隔振骨架，降低了隔振骨架的强度，再通过向通孔中填充软性材料，通过软性材料和硬橡胶相互配合，在保证隔振强度前提下，降低构成的薄层的硬度，使得薄层能够附着在物体表面，随着物体形状的改变而变化，进而适应对不同形状物体的表面减振降噪；
2、本申请组合使用硬橡胶和软性材料，降低隔振结构整体的厚度，实现便捷、快速和宽频率范围内的减振降噪效果，并易于施工和拆除；
3、本申请制得的复合橡胶隔振降噪柔性薄层在频域0～1000Hz范围内均实现优良的隔振降噪效果；
4、结构设计简单，易于批量化加工和制造，优选的可采用3D打印技术进行批量化加工和制造。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1公开的复合橡胶隔振降噪柔性薄层中单个隔振骨架的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1公开的复合橡胶隔振降噪柔性薄层的结构示意图；
图3为本发明实施例2公开的复合橡胶隔振降噪柔性薄层的结构示意图；
图4为本发明实施例3公开的复合橡胶隔振降噪柔性薄层的结构示意图；
图5为本发明对比例1和实施例1的样品垂向受压静形变图，(a)对比例1(b)实施例1；
图6为本发明对比例1和实施例1的样品两端固定时自由形变图，(a)对比例1(b)实施例1；
图7为本发明振动分析时隔振降噪边界；
图8为频带内隔振效果示意图，(a)振动能量级差(b)加速度振级落差(曲线中实线1-对比例1，虚线3-实施例1)；
图9为1Hz激励时隔振效果，(a)振动能量级差(b)加速度振级落差(曲线中实线1-对比例1，虚线3-实施例1)；
图10为1000Hz激励时隔振效果，(a)振动能量级差(b)加速度振级落差(曲线中实线1-对比例1，虚线3-实施例1)；
图11为隔振降噪薄层噪声分析边界；
图12为隔振降噪薄层噪声分析边界中b与a点声压级之差(曲线中实线1-对比例1，虚线3-实施例1)。
图中：1、隔振骨架；11、横臂；12、弧形臂；13、通孔；2、软性材料；3、响应面A；31、响应点a；4、响应面B；41、响应点b。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-12，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1和图2，一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，是由四周封闭、且中部具有通孔13的隔振骨架1在垂直和水平方向周期阵列得到，每个隔振骨架1的通孔13中均填充有软性材料2，软性材料2和隔振骨架1相互贴合。隔振骨架1采用具有一定承载能力的硬橡胶制成，隔振骨架1的硬度优选为70橡胶；软性材料2采用硅胶，软性材料2的硬度优选为10硅胶。采用硬橡胶和硅胶组合制成复合橡胶隔振降噪柔性薄层，该薄层的整体总厚度优选为1.28mm，长度优选为44.2mm，宽度优选为10mm。
参照图2，每个隔振骨架1竖直方向剖切面均为封闭的几何构型，该几何构型优选为沙漏型，沙漏型隔振骨架1的主要结构由两个横臂11和两个弧形臂12组成，两个横臂11平行且相对设置，两个弧形臂12设置于两个横臂11之间，横臂11和弧形臂12一体成型，两个弧形臂12的弧形开口端背向设置。隔振骨架1中横臂11的长度为b1，弧形臂12的宽度为b2，弧形臂12的弧长曲线为L，隔振骨架1的厚度为h；其中隔振骨架1弧长曲线L的确定公式为：
X＝0.06*sin(π/Y)
其中，X为弧面的曲线的水平坐标，Y为弧面的曲线的垂向坐标，且Y满足0≤Y≤H，H为相邻两个垂直方向隔振骨架的层间距离。
隔振骨架1的层数m范围为≥1层，隔振骨架1的列数n范围为≥1列，本申请对隔振骨架1的层数和隔振骨架1的列数不作限定，本实施例以5层隔振骨架1为例，5层隔振骨架1从下至上依次为第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，每层的厚度分别为h1、h2、h3、h4、h5；以每相邻两层隔振骨架1为一组，位于同组的隔振骨架1层的层厚度相等，即h1＝h2、h3＝h4＝h5，h1：h3＝16:11。
在水平方向上，隔振骨架1可无限列排布，位于同一水平方向上相邻隔振骨架1之间的间隔为(b1+b2)，在本申请实施例中，优选的，b1＝5mm，b2＝4.8mm；位于同组的隔振骨架1中，下层隔振骨架1数量与上层隔振骨架1数量的差值为1，相邻组隔振骨架1中，下层的隔振骨架1数量相等。在垂直方向上，为了保证多层隔振骨架1的可延续性，隔振骨架1在垂直方向上作倾斜向上周期性排布，当第一层隔振骨架1垂向移动h1+h并水平移动b2距离时，第一层隔振骨架1和第二层隔振骨架1重合；当第三层隔振骨架1垂向移动(h3+h)/2和水平移动b2距离时，第三层隔振骨架1和第四层隔振骨架1重合；当第三层隔振骨架1垂向移动h3+h距离时，第五层隔振骨架1和第三层隔振骨架1上下叠放在一起。
实施例2：与实施例1的区别在于，参照图3，5层隔振骨架1从下至上依次为第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，每层的厚度分别为h1、h2、h3、h4、h5；以每相邻两层隔振骨架1为一组，位于同组的隔振骨架1层的层厚度相等，即h1＝h2＝h3＝h4＝h5。
在垂直方向上，为了保证多层隔振骨架1的可延续性，隔振骨架1在垂直方向上作倾斜向上周期性排布，位于下层的隔振骨架1垂向移动h1+h距离时，下层的隔振骨架1和其相邻上层的隔振骨架1重合。
实施例3；与实施例1的区别在于，参照图4，5层隔振骨架1从下至上依次为第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，每层的厚度分别为h1、h2、h3、h4、h5；以每相邻两层隔振骨架1为一组，位于同组的隔振骨架1层的层厚度相等，即h1＝h2＝h3＝h4＝h5。
在垂直方向上，为了保证多层隔振骨架1的可延续性，隔振骨架1在垂直方向上作倾斜向上周期性排布，位于下层的隔振骨架1垂向移动h1/2距离时，下层的隔振骨架1和其相邻上层的隔振骨架1重合。
对比例1：与实施例1的区别在于，每个隔振骨架1的通孔13中均填充有硬橡胶，硬橡胶和隔振骨架1相互贴合且采用胶结的复合方式固定连接。
性能检测试验
对上述实施例1和对比例1制得的复合橡胶隔振降噪柔性薄层采用胶结的复合方式粘结于两个钢片之间构成检测样品，将检测样品进行如下性能检测：
1、柔性变形分析：
1)将检测样品水平放置并将位于最下层的钢片固定，在最上层钢片表面施加垂直向下的力35N，有限元模型静力学分析检测结果见图6。
由图5可知，垂向力35N时薄层的最大位移为0.37mm，此时最大应力为1.76×106Pa，隔振降噪薄层变形与其总厚度之比为28.91％。
2)约束复合橡胶隔振降噪柔性薄层的两端侧位移，在重力条件下使其自由变形，参见图6(a)，约束复合橡胶隔振降噪柔性薄层的悬臂支撑，在重力条件下自由变形，参见图6(b)所示，由图6，可知总长44.2mm的薄层在两段固定时自由形变为1.23mm，变形比例为2.78％；悬臂支撑时自由变形可达35mm，变形比例为79.19％，具有较高柔性。
2.扫频分析
振动边界条件见图7，在垂向激励时上层钢片表面施加的振动条件为1～1000Hz时加速度值为10m/s2。分别提取上下钢片与隔振降噪薄层的两个接触面的响应，分别是响应面A和响应面B，以及点a(上钢片中心点)点b(下钢片中心点)的振动响应。
为方便计算分析隔振效果，分析的振动响应点a的加速度aa，点b的加速度ab，输入隔振器的振动能量JA，经过隔振降噪薄层输出的振动能量JB。由图8结果可知，本发明薄层结构的振动能量级差可达-96dB以下，加速度振基落差在21dB以上。
隔振效果参数定义如下
振动能量级差
加速度振级落差
3.瞬态响应分析
分别以1Hz和1000Hz为激励频率进行瞬态响应分析。
此时施加在隔振降噪薄层上钢片顶面的垂向激励力F为
1Hz时：F＝-1*sin(2*pi*t)N
1000Hz时：F＝-1*sin(2000*pi*t)N
提取稳定运作周期内的振动响应，具体见下图9和图10。1Hz激励时经过本发明的隔振降噪薄层，振动能量级差在-500dB左右，加速度振级落差在130dB左右。1000Hz激励时经过本发明的隔振降噪薄层，振动能量级差也在-500dB左右，加速度振级落差在130dB左右。本发明薄层具有稳定且突出的隔振效果。
4.降噪分析
本发明隔振降噪薄层的降噪分析条件如下图11所示，薄层两侧与空气接触，底层入射100Pa声压，在20～8000Hz范围内分析响应点b和响应点a的声压级之差(Lpb-Lpa)(dB)。由图12声压级差可知，在0～8000Hz内本发明隔振降噪薄层都具有明显的降噪效果，特别在0～2000Hz频段具有高达40dB以上的降噪能力，在2000～7000Hz频段具有25dB左右的降噪能力。
综上，本申请解决振动噪声环境中不同形状物体表面的减振降噪问题，实现便捷、快速和宽频率范围内的减振降噪效果，并易于施工和拆除。具体来说在频域0～1000Hz范围内均实现优良的隔振降噪效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，其特征在于，是由四周封闭、且中部具有通孔(13)的隔振骨架(1)在垂直和水平方向周期阵列得到，所述隔振骨架(1)的层数m范围为≥1层，隔振骨架(1)的列数范围为≥1列；所述隔振骨架(1)采用具有一定承载能力的硬橡胶制成，所述隔振骨架(1)的通孔(13)内部填充有软性材料(2)，软性材料(2)和隔振骨架(1)相互贴合，所述软性材料(2)是硅胶，隔振骨架(1)的硬度为70橡胶；软性材料(2)的硬度为10硅胶；每个隔振骨架(1)竖直方向剖切面均为封闭的几何构型，该几何构型为沙漏型，沙漏型隔振骨架(1)的主要结构由两个横臂(11)和两个弧形臂(12)组成，两个弧形臂的弧形开口端背向设置；所述隔振骨架(1)的周向侧面为带有一定弧度的弧面；
所述弧面的曲线的确定公式为：
X＝0.06*sin(π/Y)
其中，X为弧面的曲线的水平坐标，Y为弧面的曲线的垂向坐标，且Y满足0≤Y≤H，
H为相邻两个垂直方向隔振骨架(1)的层间距离；
在垂直方向上，5层隔振骨架从下至上依次为第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，每层的厚度分别为h1、h2、h3、h4、h5，当第一层隔振骨架垂向移动h1+h并水平移动b2距离时，第一层隔振骨架和第二层隔振骨架重合；当第三层隔振骨架垂向移动(h3+h)/2和水平移动b2距离时，第三层隔振骨架和第四层隔振骨架重合；当第三层隔振骨架垂向移动h3+h距离时，第五层隔振骨架和第三层隔振骨架上下叠放在一起；复合橡胶隔振降噪柔性薄层整体总厚度为1.28mm，长度为44.2mm，宽度为10mm；位于同一水平方向上的相邻隔振骨架(1)之间的间隔等于(b1+b2)，其中，b1为隔振骨架(1)水平方向的长度，b2为隔振骨架(1)的宽度；
所述隔振骨架(1)的骨架板的厚度为h，0<h<1mm。
2.根据权利要求1所述的一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，其特征在于，在垂直方向上，为了保证多层隔振骨架(1)的可延续性，隔振骨架(1)在垂直方向上作倾斜向上周期性排布。
3.根据权利要求1所述的一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，其特征在于，以相邻的至少两层隔振骨架(1)为一组，在垂直方向上设置有多组隔振骨架(1)层，多组隔振骨架(1)层间的距离H从下至上逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，其特征在于，位于最下层的隔振骨架(1)层间距离和位于最上层的隔振骨架(1)层间距离的比为16:11。
5.根据权利要求1所述的一种复合橡胶隔振降噪柔性薄层，其特征在于，所述隔振骨架(1)和软性材料(2)的厚度一致。
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