CN218676457U - 一种用于低频减振的超材料板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于低频减振的超材料板，包括矩形阵列布置的多个减振单元，所述减振单元包括PMMA材料的基板，所述基板的中部嵌入有圆柱钢，所述圆柱钢的周沿与基板之间通过环形橡胶垫连接，所述基板上固定设置有惯性放大装置，所述惯性放大装置包括固定设置在基板上的立柱，所述立柱上固定设置有悬置的共振条，所述共振条平行于基板板面。当发生振动时，由于环形橡胶垫具有一定的弹性，这样圆柱钢便会相对于基板发生轴向振动，同时惯性放大装置上的悬置的共振条也会发生较大程度的惯性摆动，这样原有振动中的能量便转化为共振条和圆柱钢的振动，这样便能快速将振动减弱转化以达到减振的目的。

Description

一种用于低频减振的超材料板

技术领域

本实用新型涉及减振动降噪领域，尤其涉及一种用于低频减振的超材料板。

背景技术

振动与噪声无处不在，现在工业生产、交通、基础建设等产生的大量的噪声与振动，对设备的正常工作和人民的生活造成了巨大的影响，甚至是危害。振动与噪声的抑制和消除技术是保证机械加工测量精度，武器装备保持正常功能，确保设备工作性能、服役寿命等的共性关键基础技术。

振动的本质来自于结构中弹性波的传播以及与周围介质的相互作用，因此在工程中控制振动就是控制结构中的弹性波传播。目前已有的减振隔振方法主要可以分为被动控制和主动控制两类。被动控制主要采取一些经典的减振、隔振措施，如阻尼器、减震器等。被动控制技术由于不需要外接能源，而且结构简单，易于实现，经济性和可靠性好等，在工程减振领域得到了广泛的应用。

超材料结构可以限制某些频率范围内的弹性波传播，该频率范围即为带隙。利用带隙特性可以实现对弹性波的控制，同时通过人为调整结构的材料参数和几何参数可以实现对带隙频率范围的调节，具有极强的可设计性，因而其在振动控制领域呈现出广泛的应用前景。

中国专利CN109505904A公开了一种低频减振超材料，其方案是包括基体板，基体板上开设有孔阵列，在每一个孔中都安装有一个外部环形永磁体，外部环形永磁体与基体板固连，在外部环形永磁体内侧安装有一个金属环，该金属环与外部环形永磁体固连。在每一个外部环形永磁体的圆心位置还安装有一个圆柱形永磁体，该圆柱形永磁体与所述金属环通过环形弹性膜连接。其是通过永磁体的振动产生电涡流来进行减振，并且其永磁体直接固定在阵列圆孔中部，其实际使用时通过环形弹性膜实现圆柱形永磁体和金属环的相对运动。这样便会导致整个超材料板的结构强度较低，并且使用永磁体和金属环材料会使生产成本急剧升高，长期频繁震动和金属环发热的作用下可能导致永磁体消磁，这样该超材料板的性能便会随着时间推移逐渐减退，并且是结构难以根据需要抵消的频率进行针对性的尺寸设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于低频减振的超材料板，其在保证一定结构强度的同时对低频振动进行抵消。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种用于低频减振的超材料板，包括矩形阵列布置的多个减振单元，所述减振单元包括PMMA材料的基板，所述基板的中部嵌入有圆柱钢，所述圆柱钢的周沿与基板之间通过环形橡胶垫连接，所述基板上固定设置有惯性放大装置，所述惯性放大装置包括固定设置在基板上的立柱，所述立柱上固定设置有悬置的共振条，所述共振条平行于基板板面。

上述方案中，由于振动本身是能量的传播，当发生振动时，由于环形橡胶垫具有一定的弹性，这样圆柱钢便会相对于基板发生轴向振动，同时惯性放大装置上的悬置的共振条也会发生较大程度的惯性摆动，这样原有振动中的能量便转化为共振条和圆柱钢的振动，这样便能快速将振动减弱转化以达到减振的目的，同时由于共振条是悬置的其尤其会随低频振动发生较大幅度的上下摆动。同时其采用PMMA材料作为基板，钢材料作为振动单元，橡胶材料作为连接件，这样由于主体材料依然是PMMA且钢材可以作为支撑骨架，可以保持整个板材的刚性，同时PMMA、钢材、橡胶都是常见的廉价材料，这样其材料成本较低，便于生产制造。本申请具有低频带隙，带隙范围主要在15-100Hz之间，主要用于土木工程的减振降噪超材料板。

作为优选，所述基板为正方形板，所有减振单元的基板为一体式结构。

作为优选，所述惯性放大装置设置在正方形基板的一角，所述立柱上固定设置有两个上下方向间隔布置的共振条。

作为优选，所述共振条为钢制且共振条的悬置端固定设置有钢制的配重块。

作为优选，两个共振条的长度方向相互垂直并分别平行于基板的一条直边。

作为优选，所述立柱由橡胶材料构成。

作为优选，所述基板上固定设置有支撑钢架，所述支撑钢架包括两根与基板相连的钢柱，两根钢柱之间连接有两根弧形钢条，两个共振条上分别开设有水平向的预留孔，两根所述弧形钢条分别穿过两个预留孔与两个共振条固定连接。

作为优选，所述弧形钢条与共振条的连接点距离立柱轴心的长度等于共振条悬置端距离立柱轴心长度的1/3。

作为优选，所述圆柱钢的直径小于基板边长的1/2，所述环形橡胶垫的径向厚度为圆柱钢直径的1/4-1/6。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为减振单元的基板视角的立体结构示意图；

图3为减振单元的立柱视角的立体结构示意图；

图4为减振单元的共振条视角的立体结构示意图；

附图标记说明：10、减振单元；11、基板；12、环形橡胶垫；13、圆柱钢；14、立柱；15、共振条；16、配重块；17、支撑钢架；171、弧形钢条。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“底部”、“外壁”、“前后”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

一种用于低频减振的超材料板，包括矩形阵列布置的多个减振单元10，所述减振单元10包括PMMA材料的基板11，所述基板11的中部嵌入有圆柱钢13，所述圆柱钢13的周沿与基板11之间通过环形橡胶垫12连接，所述基板11上固定设置有惯性放大装置，所述惯性放大装置包括固定设置在基板11上的立柱14，所述立柱14上固定设置有悬置的共振条15，所述共振条15平行于基板11板面。

上述方案中，由于振动本身是能量的传播，当发生振动时，由于环形橡胶垫12具有一定的弹性，这样圆柱钢13便会相对于基板11发生轴向振动，同时惯性放大装置上的悬置的共振条15也会发生较大程度的惯性摆动，这样原有振动中的能量便转化为共振条15和圆柱钢13的振动，这样便能快速将振动减弱转化以达到减振的目的，同时由于共振条15是悬置的其尤其会随低频振动发生较大幅度的上下摆动。同时其采用PMMA材料作为基板11，钢材料作为振动单元，橡胶材料作为连接件，这样由于主体材料依然是PMMA且钢材可以作为支撑骨架，可以保持整个板材的刚性，同时PMMA、钢材、橡胶都是常见的廉价材料，这样其材料成本较低，便于生产制造。本申请具有低频带隙，带隙范围主要在15-100Hz之间，主要用于土木工程的减振降噪超材料板。

作为优选，所述基板11为正方形板，所有减振单元10的基板11为一体式结构。正方形板便于阵列排布，一体式结构可以保证整个板材的结构强度。

作为优选，所述惯性放大装置设置在正方形基板11的一角，所述立柱14上固定设置有两个上下方向间隔布置的共振条15。这样便形成了一个双振子惯性放大装置。基于局域共振即惯性放大原理，当振动频率在带隙范围内，振动在超材料板中传递时可以得到明显的衰减。

作为优选，所述共振条15为钢制且共振条15的悬置端固定设置有钢制的配重块16。可以通过配重块16的重量和位置设计来达到消除对应频率振动的目的。

作为优选，两个共振条15的长度方向相互垂直并分别平行于基板11的一条直边。避免两个共振条15相互干涉碰撞，同时便于加工安装。

作为优选，所述立柱14由橡胶材料构成。对共振条15与共振条15之间和共振条15与基板11之间形成缓冲，避免频繁振动造成共振条15或基板11破坏。

作为优选，所述基板11上固定设置有支撑钢架17，所述支撑钢架17包括两根与基板11相连的钢柱，两根钢柱之间连接有两根弧形钢条171，两个共振条15上分别开设有水平向的预留孔，两根所述弧形钢条171分别穿过两个预留孔与两个共振条15固定连接。由于橡胶材料的立柱14支撑性不足，因此额外设置支撑钢架17对其进行支撑，同时支撑钢架17具有一定的弹性形变能力，也能作为起到弹簧的作用。弧形钢条171作为杠杆支点，放大共振条右端质量块质量，以达到更好的减振效果。

作为优选，所述弧形钢条171与共振条15的连接点距离立柱14轴心的长度等于共振条15悬置端距离立柱14轴心长度的1/3。这样在保证支撑性的同时依然使共振条15保持悬置状态。

作为优选，所述圆柱钢13的直径小于基板11边长的1/2，所述环形橡胶垫12的径向厚度为圆柱钢13直径的1/4-1/6。

虽然本申请公开披露如上，但本申请公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本申请公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于低频减振的超材料板，包括矩形阵列布置的多个减振单元(10)，其特征在于：所述减振单元(10)包括PMMA材料的基板(11)，所述基板(11)的中部嵌入有圆柱钢(13)，所述圆柱钢(13)的周沿与基板(11)之间通过环形橡胶垫(12)连接，所述基板(11)上固定设置有惯性放大装置，所述惯性放大装置包括固定设置在基板(11)上的立柱(14)，所述立柱(14)上固定设置有悬置的共振条(15)，所述共振条(15)平行于基板(11)板面。

2.根据权利要求1所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述基板(11)为正方形板，所有减振单元(10)的基板(11)为一体式结构。

3.根据权利要求2所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述惯性放大装置设置在正方形基板(11)的一角，所述立柱(14)上固定设置有两个上下方向间隔布置的共振条(15)。

4.根据权利要求3所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述共振条(15)为钢制且共振条(15)的悬置端固定设置有钢制的配重块(16)。

5.根据权利要求4所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：两个共振条(15)的长度方向相互垂直并分别平行于基板(11)的一条直边。

6.根据权利要求3或4所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述立柱(14)由橡胶材料构成。

7.根据权利要求3或4所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述基板(11)上固定设置有支撑钢架(17)，所述支撑钢架(17)包括两根与基板(11)相连的钢柱，两根钢柱之间连接有两根弧形钢条(171)，两个共振条(15)上分别开设有水平向的预留孔，两根所述弧形钢条(171)分别穿过两个预留孔与两个共振条(15)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述弧形钢条(171)与共振条(15)的连接点距离立柱(14)轴心的长度等于共振条(15)悬置端距离立柱(14)轴心长度的1/3。

9.根据权利要求1所述的一种用于低频减振的超材料板，其特征在于：所述圆柱钢(13)的直径小于基板(11)边长的1/2，所述环形橡胶垫(12)的径向厚度为圆柱钢(13)直径的1/4-1/6。

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