CN115394274B - 一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构 - Google Patents
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Abstract
一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，属于机械振动和噪声控制技术领域，本发明的目的是提供一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，既可以有效利用声学黑洞汇聚弯曲波的机理和更好的发挥粘贴阻尼层的能量耗散作用从而提高减振能力，又可以解决声学黑洞技术破坏结构强度和刚度的问题，本发明所述减振板结构包括N个高效减振单胞单元N个高效减振单胞单元沿减振板结构的长度方向依次设置，其中高效减振单胞单元包括上声学黑洞凹坑板、一号阻尼层、一号连接构件、二号连接构件、一号约束层、三号连接构件、四号连接构件、五号连接构件、六号连接构件、二号约束层、二号阻尼层和下声学黑洞凹坑板。
Description
技术领域
本发明属于机械振动和噪声控制技术领域，具体涉及一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构。
背景技术
机械振动与噪声问题普遍存在于航空航天、船舶及汽车等诸多领域当中，振动是导致各种设备中噪声产生的主要原因，也是致使设备损伤萌生和扩展的主要因素。在国防工业中，剧烈振动与噪声不仅会影响飞机、舰船、坦克等军用设备的仪器精度及使用寿命，也会降低驾驶员的工作环境，影响身心健康，因此，各工程领域中的振动噪声问题一直受到人们的广泛重视，而声学黑洞是实现振动被动控制的创新型途径。
声学黑洞是天文物理学中黑洞概念的声学类比，即射入的弯曲波不能逃离开放区域的边界及内部。声学黑洞效应是利用弯曲波在变厚度结构中的传播特性，在一维理想情况下(即楔形物厚度剖面沿一定幂律递减并在楔形物尖端厚度消失)，入射弯曲波的相速度和群速度随剖面厚度的递减而最终减小至零，弯曲波永远不会达到楔形物的尖端，因此它永远不会反射回来。如果楔形物未与任何耗散机制耦合，弯曲波将被捕获，并且假设总机械能守恒，粒子位移会无限增大，楔形物尖端成为奇点。理想二维声学黑洞是指将厚度按幂律变化至零的轴对称圆形凹坑嵌入板中，圆形凹坑能够减缓和捕捉弯曲波，形成一个全方位的弯曲波吸收器。但对于声学黑洞的实际加工存在技术不足，实际加工出来的声学黑洞尖端不可能无限趋近于零，会存在着一个截断厚度，然而即便是极小的截断厚度也会对声学黑洞效应产生严重的影响，并且厚度的减小也会破坏结构的强度和刚度，限制了声学黑洞技术的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，既可以有效利用声学黑洞汇聚弯曲波的机理和更好的发挥粘贴阻尼层的能量耗散作用从而提高减振能力，又可以解决声学黑洞技术破坏结构强度和刚度的问题；
一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述减振板结构包括N个高效减振单胞单元，N为正整数，N个高效减振单胞单元沿减振板结构的长度方向依次设置，相邻两个高效减振单胞单元一体成型设置；
所述高效减振单胞单元包括上声学黑洞凹坑板、一号阻尼层、一号连接构件、二号连接构件、一号约束层、三号连接构件、四号连接构件、五号连接构件、六号连接构件、二号约束层、二号阻尼层和下声学黑洞凹坑板；上声学黑洞凹坑板、一号阻尼层、一号约束层、二号约束层、二号阻尼层和下声学黑洞凹坑板由上至下依次同轴设置，且上声学黑洞凹坑板的凹坑面与下声学黑洞凹坑板的凹坑面相背设置，上声学黑洞凹坑板与一号约束层之间设有一号连接构件和二号连接构件，上声学黑洞凹坑板的下表面与一号连接构件和二号连接构件的上表面固定连接，一号约束层的上表面与一号连接构件和二号连接构件的下表面固定连接，一号阻尼层设置在一号连接构件和二号连接构件之间，且一号阻尼层的上表面与上声学黑洞凹坑板的下表面固定连接，一号阻尼层的下表面与一号约束层的上表面固定连接，一号约束层与二号约束层之间设有三号连接构件和四号连接构件，且一号连接构件与三号连接构件上下对应设置，二号连接构件与四号连接构件上下对应设置，一号约束层的下表面与三号连接构件和四号连接构件的上表面固定连接，二号约束层的上表面与三号连接构件和四号连接构件的下表面固定连接，二号约束层与下声学黑洞凹坑板之间设有五号连接构件和六号连接构件，且三号连接构件与五号连接构件上下对应设置，四号连接构件与六号连接构件上下对应设置，二号约束层的下表面与五号连接构件和六号连接构件的上表面固定连接，下声学黑洞凹坑板的上表面与五号连接构件和六号连接构件的下表面固定连接，二号阻尼层设置在五号连接构件和六号连接构件之间，且二号阻尼层的上表面与二号约束层的下表面固定连接，二号阻尼层的下表面与下声学黑洞凹坑板的上表面固定连接；
进一步地，所述一号连接构件和二号连接构件靠近上声学黑洞凹坑板的两端设置，且一号连接构件的外侧面与上声学黑洞凹坑板的一端端面共面设置，二号连接构件的外侧面与上声学黑洞凹坑板的另一端端面共面设置，三号连接构件和四号连接构件靠近一号约束层的两端设置，且三号连接构件的外侧面与一号约束层的一端端面共面设置，四号连接构件的外侧面与一号约束层的另一端端面共面设置，五号连接构件和六号连接构件靠近下声学黑洞凹坑板的两端设置，且五号连接构件的外侧面与下声学黑洞凹坑板的一端端面共面设置，六号连接构件的外侧面与下声学黑洞凹坑板的另一端端面共面设置；
进一步地，所述一号连接构件、二号连接构件、三号连接构件、四号连接构件、五号连接构件和六号连接构件均为长方体板，且一号连接构件、二号连接构件、三号连接构件、四号连接构件、五号连接构件和六号连接构件的长度和宽度均相同；
进一步地，所述一号连接构件、二号连接构件、三号连接构件、四号连接构件、五号连接构件和六号连接构件的长度尺寸与减振板结构的宽度尺寸相同；
进一步地，所述一号连接构件、二号连接构件、五号连接构件和六号连接构件的厚度相同，三号连接构件和四号连接构件的厚度相同，一号连接构件的厚度尺寸小于三号连接构件的厚度尺寸；
进一步地，所述上声学黑洞凹坑板与下声学黑洞凹坑板的结构相同，所述上声学黑洞凹坑板的凹坑面和所述下声学黑洞凹坑板的凹坑面均为外表面向内凹陷形成圆形声学黑洞凹坑结构，所述圆形声学黑洞凹坑结构的中心为平面薄板区域，所述圆形声学黑洞凹坑结构的厚度从外端向中心按幂律形式递减，所述平面薄板区域与所述圆形声学黑洞凹坑结构厚度最薄处厚度相等且平滑连接，所述圆形声学黑洞凹坑结构的深度为所述圆形声学黑洞凹坑结构内表面和外表面间的距离，所述圆形声学黑洞凹坑结构的外表面为凹陷表面，所述圆形声学黑洞凹坑结构的内表面与所述上声学黑洞凹坑板和所述下声学黑洞凹坑板的内表面在同一平面上；
进一步地，所述一号约束层与二号约束层的厚度相等，是圆形声学黑洞凹坑结构最薄处厚度的2～4倍，一号约束层与二号约束层之间的空隙距离为声学黑洞凹坑板最大厚度的2/5～4/5；
进一步地，所述一号阻尼层和二号阻尼层的结构相同，一号阻尼层和二号阻尼层外形均为圆饼状，一号阻尼层和二号阻尼层半径均与圆形声学凹坑结构最大半径相同，一号阻尼层和二号阻尼层的厚度均为圆形声学厚度凹坑结构最薄截面厚度的4～8倍
进一步地，所述一号阻尼层和二号阻尼层的材质为聚合物、高聚物或高阻尼合金；
进一步地，所述上声学黑洞凹坑板、一号连接构件、二号连接构件、一号约束层、三号连接构件、四号连接构件、五号连接构件、六号连接构件、二号约束层和下声学黑洞凹坑板的材料均为铝材或者光敏树脂。
本申请相对于现有技术所产生的有益效果：
1、本发明提供的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，利用声学黑洞效应将造成振动的弯曲波能量吸收到圆形声学黑洞凹坑结构内部，并由附着的阻尼层实现对振动能量的耗散，同时，由于约束层的设置，阻尼层对能量的耗散效果被进一步提高，从而实现优良的减振效果。
2、本发明提供的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构的主体材料选择为铝材或光敏树脂，具有密度小，外表美观，易加工，节能环保等优势。
3、本发明提供的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，通过设计声学黑洞凹坑的厚度尺寸，在加工时可保证细致且易加工，较薄的声学黑洞尖端厚度可以使传入结构中的弯曲波传播速度显著降低，在约束阻尼层的作用下，极大的减少了弯曲波的反射；通过引入连接构件这种加强筋结构，在减轻整个系统质量的同时又能有效提高系统的刚度；通过引入较薄尺寸的约束层，使其在保证阻尼约束效果的同时又不会影响到声学黑洞效应；本发明提供的多层复合高效板结构具有板薄且高效减振，质量轻且刚度强度高等优势。
4、本发明提供的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，既实现了高效的能量吸收耗散和对结构振动的抑制，又避免了声学黑洞结构单独使用强度刚度弱的缺点，具有可靠性好，成本低，减振效果优良等优势，对于声学黑洞技术的应用具有理论和实际意义，有利于声学黑洞技术的发展。
附图说明
图1为本发明中高效减振单胞单元的主视图；
图2为本发明中高效减振单胞单元的俯视图；
图3为本发明中高效减振单胞单元的左视图；
图4为本发明中高效减振单胞单元的剖视图；
图5为本发明中高效减振单胞单元的等轴测图；
图6为本发明中声学黑洞凹坑的结构示意图；
图7为本发明所述减振板结构的主视图；
图8为本发明所述减振板结构的俯视图；
图9为本发明所述减振板结构的左视图；
图10为本发明所述减振板结构的等轴测图；
图11为本发明所述连接构件的等轴测图；
图12为本发明提供的实施例的基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构和平面板的阻尼特性对比图；
图13：本发明提供的实施例的基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构和平面板的振动特性对比图；
图中1上声学黑洞凹坑板、2一号阻尼层、3一号连接构件、4二号连接构件、5一号约束层、6三号连接构件、7四号连接构件、8五号连接构件、9六号连接构件、10二号约束层、11二号阻尼层和12下声学黑洞凹坑板。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式中提供了一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述减振板结构包括N个高效减振单胞单元，N为正整数，N个高效减振单胞单元沿减振板结构的长度方向依次设置，相邻两个高效减振单胞单元一体成型设置；
所述高效减振单胞单元包括上声学黑洞凹坑板1、一号阻尼层2、一号连接构件3、二号连接构件4、一号约束层5、三号连接构件6、四号连接构件7、五号连接构件8、六号连接构件9、二号约束层10、二号阻尼层11和下声学黑洞凹坑板12；上声学黑洞凹坑板1、一号阻尼层2、一号约束层5、二号约束层10、二号阻尼层11和下声学黑洞凹坑板12由上至下依次同轴设置，且上声学黑洞凹坑板1的凹坑面与下声学黑洞凹坑板12的凹坑面相背设置，上声学黑洞凹坑板1与一号约束层5之间设有一号连接构件3和二号连接构件4，上声学黑洞凹坑板1的下表面与一号连接构件3和二号连接构件4的上表面固定连接，一号约束层5的上表面与一号连接构件3和二号连接构件4的下表面固定连接，一号阻尼层2设置在一号连接构件3和二号连接构件4之间，且一号阻尼层2的上表面与上声学黑洞凹坑板1的下表面固定连接，一号阻尼层2的下表面与一号约束层5的上表面固定连接，一号约束层5与二号约束层10之间设有三号连接构件6和四号连接构件7，且一号连接构件3与三号连接构件6上下对应设置，二号连接构件4与四号连接构件7上下对应设置，一号约束层5的下表面与三号连接构件6和四号连接构件7的上表面固定连接，二号约束层10的上表面与三号连接构件6和四号连接构件7的下表面固定连接，二号约束层10与下声学黑洞凹坑板12之间设有五号连接构件8和六号连接构件9，且三号连接构件6与五号连接构件8上下对应设置，四号连接构件7与六号连接构件9上下对应设置，二号约束层10的下表面与五号连接构件8和六号连接构件9的上表面固定连接，下声学黑洞凹坑板12的上表面与五号连接构件8和六号连接构件9的下表面固定连接，二号阻尼层11设置在五号连接构件8和六号连接构件9之间，且二号阻尼层11的上表面与二号约束层10的下表面固定连接，二号阻尼层11的下表面与下声学黑洞凹坑板12的上表面固定连接。
具体实施方式二：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号连接构件3和二号连接构件4靠近上声学黑洞凹坑板1的两端设置，且一号连接构件3的外侧面与上声学黑洞凹坑板1的一端端面共面设置，二号连接构件4的外侧面与上声学黑洞凹坑板1的另一端端面共面设置，三号连接构件6和四号连接构件7靠近一号约束层5的两端设置，且三号连接构件6的外侧面与一号约束层5的一端端面共面设置，四号连接构件7的外侧面与一号约束层5的另一端端面共面设置，五号连接构件8和六号连接构件9靠近下声学黑洞凹坑板12的两端设置，且五号连接构件8的外侧面与下声学黑洞凹坑板12的一端端面共面设置，六号连接构件9的外侧面与下声学黑洞凹坑板12的另一端端面共面设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号连接构件3、二号连接构件4、三号连接构件6、四号连接构件7、五号连接构件8和六号连接构件9均为长方体板，且一号连接构件3、二号连接构件4、三号连接构件6、四号连接构件7、五号连接构件8和六号连接构件9的长度和宽度均相同。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号连接构件3、二号连接构件4、三号连接构件6、四号连接构件7、五号连接构件8和六号连接构件9的长度尺寸与减振板结构的宽度尺寸相同。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
如此设置，便于保证高效减振单胞单元的结构完整性，同时也便于提高多个单胞单元组合时的稳定性。
具体实施方式五：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号连接构件3、二号连接构件4、五号连接构件8和六号连接构件9的厚度相同，三号连接构件6和四号连接构件7的厚度相同，一号连接构件3的厚度尺寸小于三号连接构件6的厚度尺寸。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述上声学黑洞凹坑板1与下声学黑洞凹坑板12的结构相同，所述上声学黑洞凹坑板1的凹坑面和所述下声学黑洞凹坑板12的凹坑面均为外表面向内凹陷形成圆形声学黑洞凹坑结构，所述圆形声学黑洞凹坑结构的中心为平面薄板区域，所述圆形声学黑洞凹坑结构的厚度从外端向中心按幂律形式递减，所述平面薄板区域与所述圆形声学黑洞凹坑结构厚度最薄处厚度相等且平滑连接，所述圆形声学黑洞凹坑结构的深度为所述圆形声学黑洞凹坑结构内表面和外表面间的距离，所述圆形声学黑洞凹坑结构的外表面为凹陷表面，所述圆形声学黑洞凹坑结构的内表面与所述上声学黑洞凹坑板1和所述下声学黑洞凹坑板12的内表面在同一平面上。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
本实施方式中，声学黑洞凹坑板在外表面向内凹陷形成圆形声学黑洞凹坑结构，圆形声学黑洞凹坑结构的中心为半径为r1的平面薄板区域，其厚度从薄处向厚处按幂律形式h(r)＝a(r-r1)m+h1(m≥2)递增，平面薄板区域与圆形声学黑洞凹坑结构厚度最薄处厚度h1相等且平滑连接，圆形声学黑洞凹坑结构的厚度为圆形声学黑洞凹坑结构内表面和外表面间的距离，其外表面为凹陷表面，其内表面与声学黑洞凹坑板的内表面为同一平面上，圆形声学黑洞凹坑结构最大厚度为平面区域声学黑洞凹坑板的厚度。
具体实施方式七：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号约束层5与二号约束层10的厚度相等，是圆形声学黑洞凹坑结构最薄处厚度的2～4倍，一号约束层5与二号约束层10之间的空隙距离为声学黑洞凹坑板最大厚度的2/5～4/5。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号阻尼层2和二号阻尼层11的结构相同，一号阻尼层2和二号阻尼层11外形均为圆饼状，一号阻尼层2和二号阻尼层11半径均与圆形声学凹坑结构最大半径相同，一号阻尼层2和二号阻尼层11的厚度均为圆形声学厚度凹坑结构最薄截面厚度的4～8倍。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述一号阻尼层2和二号阻尼层11的材质为聚合物、高聚物或高阻尼合金。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式十：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述上声学黑洞凹坑板1、一号连接构件3、二号连接构件4、一号约束层5、三号连接构件6、四号连接构件7、五号连接构件8、六号连接构件9、二号约束层10和下声学黑洞凹坑板12的材料均为铝材或者光敏树脂。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
工作原理：
当加载面上声学黑洞凹坑板1或者下声学黑洞凹坑板12施加了使系统发生振动的激励时，系统结构内部出现弯曲波，弯曲波在材料和厚度不变的板中传播时，波的相速度群速度不变，波长也不变，但由于圆形声学黑洞凹坑的存在，结构的厚度以幂律形式减小，弯曲波累积相位不断增大，相速度和群速度逐渐减小，当弯曲波传播到圆形声学黑洞凹坑中心薄板区域时，累积相位达至最大，相速度和群速度降至最小，振动的幅值达至最大，并由附着的阻尼层实现对捕获的振动能量的耗散，同时，由于约束层的设置，基于约束层的弯曲行为，阻尼层通过剪切变形对能量的耗散效果被进一步提高，从而实现对系统的减振；
以下是一个实施例，通过仿真的手段验证了本发明基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构的有效性：
1、计算模型
多层板结构在工程中应用极为广泛，多用于封闭空间的边界或者承载。计算模型如附图10所示，整个系统的空间尺寸为636*120*16mm，上下声学黑洞凹坑板分别对称排布五个声学黑洞凹坑。上声学黑洞凹坑板1和下声学黑洞凹坑板12的尺寸为636*120*5mm，一号连接构件3、二号连接构件4、五号连接构件8和六号连接构件9的尺寸为6*120*1.5mm，一号约束层5和二号约束层10的尺寸为636*120*0.5mm，三号连接构件6和四号连接构件7的尺寸为6*120*2mm。一号阻尼层2和二号阻尼层11的半径为55mm，厚度为1.5mm，粘贴于声学黑洞凹坑板内表面，其中心与圆形声学黑洞凹坑中心同轴。阻尼层材料选用丁基橡胶，其余材料选用铝材。为了对比研究，设计了空间尺寸和材料相同的平面板结构。
使用有限元软件COMSOL对整个系统进行建模仿真，计算阻尼和振动响应。
2、计算结构分析
(1)阻尼特性分析
由图12可知，本发明实施例中基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构可大幅提高结构的固有阻尼，相比传统平面板，本发明实施例中系统模态阻尼特性得到了很大的提升，其最大可提升55倍，这对于整个结构的振动能量耗散具有巨大的好处，同时还保证了结构的轻量化。
(2)振动特性分析
由图13可知，本发明实施例中基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构振动速度在600Hz之后得到显著降低，本发明实施例中基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构的振动速度比平行板减的振动速度最大减小了100dB，减振效果优良。
综上所述，基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构相比传统平行板具有很好的振动声学特性，在工程中很有应用前景。
Claims (10)
1.一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述减振板结构包括N个高效减振单胞单元，N为正整数，N个高效减振单胞单元沿减振板结构的长度方向依次设置，相邻两个高效减振单胞单元一体成型设置；
所述高效减振单胞单元包括上声学黑洞凹坑板(1)、一号阻尼层(2)、一号连接构件(3)、二号连接构件(4)、一号约束层(5)、三号连接构件(6)、四号连接构件(7)、五号连接构件(8)、六号连接构件(9)、二号约束层(10)、二号阻尼层(11)和下声学黑洞凹坑板(12)；上声学黑洞凹坑板(1)、一号阻尼层(2)、一号约束层(5)、二号约束层(10)、二号阻尼层(11)和下声学黑洞凹坑板(12)由上至下依次同轴设置，且上声学黑洞凹坑板(1)的凹坑面与下声学黑洞凹坑板(12)的凹坑面相背设置，上声学黑洞凹坑板(1)与一号约束层(5)之间设有一号连接构件(3)和二号连接构件(4)，上声学黑洞凹坑板(1)的下表面与一号连接构件(3)和二号连接构件(4)的上表面固定连接，一号约束层(5)的上表面与一号连接构件(3)和二号连接构件(4)的下表面固定连接，一号阻尼层(2)设置在一号连接构件(3)和二号连接构件(4)之间，且一号阻尼层(2)的上表面与上声学黑洞凹坑板(1)的下表面固定连接，一号阻尼层(2)的下表面与一号约束层(5)的上表面固定连接，一号约束层(5)与二号约束层(10)之间设有三号连接构件(6)和四号连接构件(7)，且一号连接构件(3)与三号连接构件(6)上下对应设置，二号连接构件(4)与四号连接构件(7)上下对应设置，一号约束层(5)的下表面与三号连接构件(6)和四号连接构件(7)的上表面固定连接，二号约束层(10)的上表面与三号连接构件(6)和四号连接构件(7)的下表面固定连接，二号约束层(10)与下声学黑洞凹坑板(12)之间设有五号连接构件(8)和六号连接构件(9)，且三号连接构件(6)与五号连接构件(8)上下对应设置，四号连接构件(7)与六号连接构件(9)上下对应设置，二号约束层(10)的下表面与五号连接构件(8)和六号连接构件(9)的上表面固定连接，下声学黑洞凹坑板(12)的上表面与五号连接构件(8)和六号连接构件(9)的下表面固定连接，二号阻尼层(11)设置在五号连接构件(8)和六号连接构件(9)之间，且二号阻尼层(11)的上表面与二号约束层(10)的下表面固定连接，二号阻尼层(11)的下表面与下声学黑洞凹坑板(12)的上表面固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号连接构件(3)和二号连接构件(4)靠近上声学黑洞凹坑板(1)的两端设置，且一号连接构件(3)的外侧面与上声学黑洞凹坑板(1)的一端端面共面设置，二号连接构件(4)的外侧面与上声学黑洞凹坑板(1)的另一端端面共面设置，三号连接构件(6)和四号连接构件(7)靠近一号约束层(5)的两端设置，且三号连接构件(6)的外侧面与一号约束层(5)的一端端面共面设置，四号连接构件(7)的外侧面与一号约束层(5)的另一端端面共面设置，五号连接构件(8)和六号连接构件(9)靠近下声学黑洞凹坑板(12)的两端设置，且五号连接构件(8)的外侧面与下声学黑洞凹坑板(12)的一端端面共面设置，六号连接构件(9)的外侧面与下声学黑洞凹坑板(12)的另一端端面共面设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号连接构件(3)、二号连接构件(4)、三号连接构件(6)、四号连接构件(7)、五号连接构件(8)和六号连接构件(9)均为长方体板，且一号连接构件(3)、二号连接构件(4)、三号连接构件(6)、四号连接构件(7)、五号连接构件(8)和六号连接构件(9)的长度和宽度均相同。
4.根据权利要求3所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号连接构件(3)、二号连接构件(4)、三号连接构件(6)、四号连接构件(7)、五号连接构件(8)和六号连接构件(9)的长度尺寸与减振板结构的宽度尺寸相同。
5.根据权利要求4所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号连接构件(3)、二号连接构件(4)、五号连接构件(8)和六号连接构件(9)的厚度相同，三号连接构件(6)和四号连接构件(7)的厚度相同，一号连接构件(3)的厚度尺寸小于三号连接构件(6)的厚度尺寸。
6.根据权利要求5所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述上声学黑洞凹坑板(1)与下声学黑洞凹坑板(12)的结构相同，所述上声学黑洞凹坑板(1)的凹坑面和所述下声学黑洞凹坑板(12)的凹坑面均为外表面向内凹陷形成圆形声学黑洞凹坑结构，所述圆形声学黑洞凹坑结构的中心为平面薄板区域，所述圆形声学黑洞凹坑结构的厚度从外端向中心按幂律形式递减，所述平面薄板区域与所述圆形声学黑洞凹坑结构厚度最薄处厚度相等且平滑连接，所述圆形声学黑洞凹坑结构的深度为所述圆形声学黑洞凹坑结构内表面和外表面间的距离，所述圆形声学黑洞凹坑结构的外表面为凹陷表面，所述圆形声学黑洞凹坑结构的内表面与所述上声学黑洞凹坑板(1)和所述下声学黑洞凹坑板的内表面在同一平面上。
7.根据权利要求6所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号约束层(5)与二号约束层(10)的厚度相等，是圆形声学黑洞凹坑结构最薄处厚度的2～4倍，一号约束层(5)与二号约束层(10)之间的空隙距离为声学黑洞凹坑板最大厚度的2/5～4/5。
8.根据权利要求7所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号阻尼层(2)和二号阻尼层(11)的结构相同，一号阻尼层(2)和二号阻尼层(11)外形均为圆饼状，一号阻尼层(2)和二号阻尼层(11)半径均与圆形声学凹坑结构最大半径相同，一号阻尼层(2)和二号阻尼层(11)的厚度均为圆形声学厚度凹坑结构最薄截面厚度的4～8倍。
9.根据权利要求8所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述一号阻尼层(2)和二号阻尼层(11)的材质为聚合物、高聚物或高阻尼合金。
10.根据权利要求9所述的一种基于声学黑洞效应的多层复合高效减振板结构，其特征在于：所述上声学黑洞凹坑板(1)、一号连接构件(3)、二号连接构件(4)、一号约束层(5)、三号连接构件(6)、四号连接构件(7)、五号连接构件(8)、六号连接构件(9)、二号约束层(10)和下声学黑洞凹坑板(12)的材料均为铝材或者光敏树脂。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205522723U (zh) * | 2016-04-12 | 2016-08-31 | 西南交通大学 | 一种低频减振超材料复合阻尼板 |
| CN106023978A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-12 | 南京航空航天大学 | 双层板声学黑洞减振降噪结构 |
| CN108717850A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-30 | 南京航空航天大学 | 一种双层板腔减振降噪结构 |
| WO2019148891A1 (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 香港理工大学 | 利用声学黑洞特征的宽频带振动抑制装置 |
| CN212473812U (zh) * | 2020-07-03 | 2021-02-05 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 基于声学黑洞效应的船体复合阻波基座 |
| CN112478119A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-12 | 江苏科技大学 | 一种基于声学黑洞的复合减振支撑架及其设计方法 |
| CN112581928A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-30 | 哈尔滨工程大学 | 一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构 |
| CN112992113A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-18 | 西北工业大学 | 基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声方法 |
| CN113108001A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-13 | 重庆大学 | 具有圆周阵列声学黑洞的碟形弹簧及其阻尼机构 |
| CN113658573A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-16 | 东北大学 | 一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构 |
Family Cites Families (1)
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-
2022
- 2022-08-30 CN CN202211047857.XA patent/CN115394274B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205522723U (zh) * | 2016-04-12 | 2016-08-31 | 西南交通大学 | 一种低频减振超材料复合阻尼板 |
| CN106023978A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-12 | 南京航空航天大学 | 双层板声学黑洞减振降噪结构 |
| WO2019148891A1 (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 香港理工大学 | 利用声学黑洞特征的宽频带振动抑制装置 |
| CN108717850A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-30 | 南京航空航天大学 | 一种双层板腔减振降噪结构 |
| CN212473812U (zh) * | 2020-07-03 | 2021-02-05 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 基于声学黑洞效应的船体复合阻波基座 |
| CN112478119A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-12 | 江苏科技大学 | 一种基于声学黑洞的复合减振支撑架及其设计方法 |
| CN112581928A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-30 | 哈尔滨工程大学 | 一种降噪用的声学黑洞周期夹芯梁结构 |
| CN112992113A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-18 | 西北工业大学 | 基于声学超表面的轻薄复合隔声结构及隔声方法 |
| CN113108001A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-13 | 重庆大学 | 具有圆周阵列声学黑洞的碟形弹簧及其阻尼机构 |
| CN113658573A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-16 | 东北大学 | 一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 金属-橡胶层叠阻尼肋板对双层壳振声性能的影响;夏齐强;陈志坚;;武汉理工大学学报(交通科学与工程版)(第02期);全文 * |
Also Published As
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