CN220377017U - 一种局域共振型声子晶体吸振静音装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种局域共振型声子晶体吸振静音装置，其包括设置在钢轨轨腰两侧的基板，基板的延伸方向与钢轨的延伸方向平行，基板的延伸方向上间隙排列有若干局域振子，局域振子包括固定在基板上的连接块，连接块上设置有竖直的悬臂板，且连接块与悬臂板的接触面位于悬臂板的中部，悬臂板的左、右两端均设置有质量块；本方案将列车荷载下钢轨产生的振动通过基板和连接块传递至悬臂板和质量块上，达到抑振降噪的效果；同时质量块使悬臂板在振动时更容易发生弯曲变形，从而出现多种模态，有效增加了带隙数量，拓展了带隙宽度，使得能够实现的目标降噪频段更宽泛。

Description

一种局域共振型声子晶体吸振静音装置

技术领域

本实用新型涉及钢轨降噪技术领域，具体涉及一种局域共振型声子晶体吸振静音装置。

背景技术

城市轨道交通由于运行速度快、轨道状态不良等因素，行驶过程常常存在噪声超标问题。过度的噪声会危害车内司机的健康，增加乘客烦恼，降低乘坐体验。在较快的行驶速度下，轮轨噪声是车内噪声的主要来源。车内噪声主要频段通常低于2000Hz，钢轨贡献较大；针对钢轨声辐射的控制，目前的结构有阻尼钢轨、钢轨动力吸振器。

阻尼钢轨通过在钢轨轨腰表面附加阻尼材料，通过钢轨变形时引起阻尼结构的变形，从而耗散钢轨动能，实现宽频降噪；但由于钢轨声辐射表现个别频带集中的现象，阻尼钢轨无法针对特定频段，因此降噪效果有限；钢轨动力吸振器通过在钢轨轨腰安装质量块，吸收并消耗钢轨动能，虽然钢轨动力吸振器可以根据降噪目标频段进行设计，但由于只涉及常规的吸振原理，一方面目标频段内的降噪效果没有完全发挥，另一方面目标频段的宽度偏窄。

近年来声子晶体的出现为降噪结构的开发开辟了新的思路，声子晶体按带隙机理可分为Bragg带隙和局域共振带隙；Bragg带隙的实现通常需要较大的几何尺寸，局域共振带隙更适合与轨道结构；在带隙频率范围内，弹性波无法在结构中传播，非常适用于目标频带的噪声控制；如果能在阻尼结构的基础上，进一步引入局域共振型声子晶体，则噪声的控制效果进一步增加。

专利“一种声子晶体型铁路钢轨动力吸振器”(CN218294321U)提出了一种声子晶体型钢轨动力吸振器；该吸振器由包覆层、填充层、声子晶体减振核心部件及粘弹性阻尼材料缓冲层组成；核心部件包裹于填充层中，核心部件由空心钢柱及环氧树脂组成，钢轨的振动能量经粘弹性阻尼材料缓冲层进行了初步的振动抑制，再传至声子晶体核心部件被带隙作用吸收；虽然该吸振器引入了带隙机理，提高了目标频段内的降噪能力，但仍存在局限性：1.结构较为复杂，成本偏高；2.目标频段偏窄；3.带隙频率的调节不易实现。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种局域共振型声子晶体吸振静音装置，解决了现有钢轨降噪装置难以实现宽频降噪的问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

提供一种局域共振型声子晶体吸振静音装置，其包括设置在钢轨轨腰两侧的基板，基板的延伸方向与钢轨的延伸方向平行，基板的延伸方向上间隙排列有若干局域振子，局域振子包括固定在基板上的连接块，连接块上设置有竖直的悬臂板，且连接块与悬臂板的接触面位于悬臂板的中部，悬臂板的左、右两端均设置有质量块。

采用上述技术方案的有益效果为：本方案将列车荷载下钢轨产生的振动通过基板和连接块传递至悬臂板和质量块上，达到抑振降噪的效果；同时质量块使悬臂板在振动时更容易发生弯曲变形，从而出现多种模态，有效增加了带隙数量，拓展了带隙宽度，使得能够实现的目标降噪频段更宽泛。

进一步地，质量块呈竖直的条状结构，质量块设置在悬臂板左、右两端的内侧，且质量块的顶部和底部分别与悬臂板的顶部和底部齐平。

进一步地，连接块的水平截面呈等腰梯形状，基板与连接块上等腰梯形底边所在的面连接，悬臂板与连接块上等腰梯形顶边所在的面连接；这样设置使基板与连接块的接触面较大，有利于两者之间的稳固连接以及振动的传递；而连接块与悬臂板的接触面较小，使悬臂板易发生弯曲变形。

进一步地，钢轨与基板之间、基板与连接块之间、连接块与悬臂板之间均通过粘接材料固定粘接。

进一步地，基板、悬臂板和质量块均采用钢材制成，连接块采用橡胶制成。

进一步地，悬臂板和质量块一体成型。

进一步地，悬臂板与基板平行设置。

本实用新型的有益效果为：

本方案针对传统阻尼钢轨目标频段降噪不足的缺陷，在阻尼耗能的基础上，引入局域共振带隙，强化目标频段的降噪效果；此外利用悬臂板振动时的多模态特性，有效增加了带隙数量，拓展了带隙宽度，克服了传统钢轨动力吸振器目标频段内降噪能力有限的缺陷，使目标降噪频段更宽泛，从而实现宽频降噪。

附图说明

图1为本方案与钢轨配合的结构示意图。

图2为图1的端视图。

图3为本方案的局部结构示意图。

图4为本方案的材料参数图。

图5为单个局域振子的频散曲线图。

图6为二十个局域振子的传递率曲线图。

其中，1、基板，2、连接块，3、悬臂板，4、质量块，5、钢轨。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1至图3所示，本方案的局域共振型声子晶体吸振静音装置包括粘接在钢轨5轨腰两侧的基板1，基板1的延伸方向与钢轨5的延伸方向平行，基板1的延伸方向上间隙排列有若干局域振子，局域振子包括固定粘接在基板1上的连接块2，连接块2上粘接有竖直的悬臂板3，且悬臂板3与基板1平行，连接块2与悬臂板3的接触面位于悬臂板3的中部，悬臂板3的左、右两端均设置有质量块4。

设计时，基板1、悬臂板3和质量块4均采用钢材制成，基板1的厚度较薄，以便于固定粘接在钢轨5轨腰的两侧；悬臂板3和质量块4一体成型，质量块4呈竖直的条状结构，质量块4设置在悬臂板3左、右两端的内侧，且质量块4的顶部和底部分别与悬臂板3的顶部和底部齐平；连接块2采用橡胶制成，连接块2的水平截面呈等腰梯形状，基板1与连接块2上等腰梯形底边所在的面连接，悬臂板3与连接块2上等腰梯形顶边所在的面连接；这样设置使基板1与连接块2的接触面较大，有利于两者之间的稳固连接以及振动的传递；而连接块2与悬臂板3的接触面较小，使悬臂板3在振动时易发生弯曲变形。

下面通过试验对本方案的降噪效果进行说明：

首先对本方案的材料参数按照图4进行设置，通过建立单个局域振子的有限元模型并进行试验，可得到如图5所示的频散曲线，频散曲线A较为特殊，在波型转换点之前为纵波，转换点之后为弯曲波；由于钢轨5弯曲振动的声辐射较强，因此只关心弯曲波；在频率2000Hz以内，共得到4条弯曲波带隙，如图中的阴影部分，频段分别为167-307Hz、324-415Hz、460-624Hz、844-2000Hz；前三个带隙中存在频散曲线带隙反映了理想的无限结构波传播特性，而实际应用的是有限结构。

如图6所示，当建立二十个局域振子进行试验时，通过计算位移传递率来反映实际结构的振动衰减能力；位移输入位置为位于第一个局域振子对应的基底处，位移输出位置为最后一个局域振子对应的基底处，灰色区域为振动衰减区域，即传递率低于0的部分，可以看出衰减域的范围基本与带隙一致，除了1200Hz和1900Hz处出现个别共振，这是由于元胞数量有限引起的共振模态；因此在衰减率内，基底中的波被局域振子吸收，无法传播，从而频段内的振动受到抑制，对应频率的噪声也得到控制。

Claims (7)

1.一种局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，包括设置在钢轨(5)轨腰两侧的基板(1)，所述基板(1)的延伸方向与钢轨(5)的延伸方向平行，所述基板(1)的延伸方向上间隙排列有若干局域振子，所述局域振子包括固定在基板(1)上的连接块(2)，所述连接块(2)上设置有竖直的悬臂板(3)，且连接块(2)与悬臂板(3)的接触面位于悬臂板(3)的中部，所述悬臂板(3)的左、右两端均设置有质量块(4)。

2.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，所述质量块(4)呈竖直的条状结构，所述质量块(4)设置在悬臂板(3)左、右两端的内侧，且质量块(4)的顶部和底部分别与悬臂板(3)的顶部和底部齐平。

3.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，所述连接块(2)的水平截面呈等腰梯形状，所述基板(1)与连接块(2)上等腰梯形底边所在的面连接，所述悬臂板(3)与连接块(2)上等腰梯形顶边所在的面连接。

4.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，所述钢轨(5)与基板(1)之间、基板(1)与连接块(2)之间、连接块(2)与悬臂板(3)之间均通过粘接材料固定粘接。

5.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，所述基板(1)、悬臂板(3)和质量块(4)均采用钢材制成，所述连接块(2)采用橡胶制成。

6.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，所述悬臂板(3)和质量块(4)一体成型。

7.根据权利要求1所述的局域共振型声子晶体吸振静音装置，其特征在于，所述悬臂板(3)与基板(1)平行设置。