一种局域共振低频带隙抑振周期结构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于局域共振带隙特性、具有低频抑振性能的周期结构，属于航空、航天与船舶振动噪声控制技术领域。包括周期分布的质量元件、弹性元件和基体。周期单元包括金属结构即质量元件，质量元件侧面包围一圈橡胶或硅胶材料环状结构即弹性元件，质量元件周向侧面为带有一定形状的曲面，并且弹性元件与质量元件之间相互贴合，然后将弹性元件包围质量元件作为整体周期排列在弹性结构基体中，其中弹性元件与基体之间也是相互贴合的。本发明专利技术周期结构具有明显的带隙特性，基于局域共振带隙特性的周期结构具有良好的低频抑振性能。

Local resonance low frequency band gap vibration suppression periodic structure

The invention relates to a periodic structure based on a local resonance band gap characteristic and a low frequency vibration suppression performance, belonging to the technical field of vibration and noise control of aviation, aerospace and ships. A mass element including a periodic distribution, an elastic element, and a substrate. The periodic unit comprises a metal structure that the quality elements, quality element side surrounded by a ring of rubber or silicone ring structure elastic element, circumferential side surface quality of components with a certain shape, and between the elastic element and mass element are mutually jointed, then the elastic element surrounded by mass elements as a whole cycle arranged in elastic structure matrix. Between the elastic element and the substrate which is contact with each other. The periodic structure of the invention has obvious band gap characteristics, and the periodic structure based on the local resonance band gap has good low frequency vibration suppression performance.

【技术实现步骤摘要】
一种局域共振低频带隙抑振周期结构
本专利技术属于航空、航天与船舶振动噪声控制
本专利技术涉及一种基于局域共振带隙特性、具有低频抑振性能的周期结构。
技术介绍
机械噪声是航空、航天及船舶等低速航行时辐射噪声的主要成分。特别是对于低频噪声，相比于中高频，其具有传播距离更远且线谱特征稳定的特点，不利于航行器的隐蔽性与安全保障。而传统的减隔振降噪技术多针对中高频振动与声辐射控制，低频振动噪声问题目前仍无法得到有效解决。机械噪声主要由机械振动引起，通过抑振处理可以达到降噪效果。由于弹性波在周期结构中传播时存在带隙特性，即在带隙频率范围内弹性波的传播被禁止，因此利用周期结构抑制系统振动有望成为一种新型的减振降噪方法。随着周期结构材料组分和几何尺寸的变化，周期结构的带隙频率范围以及带隙内衰减特性也将改变。因此，根据周期结构的这种特性，通过改变周期结构形式或其内部材料组分参数，如材料弹性常数、密度以及阻尼等，可得到具有不同带隙特性的抑振周期结构。根据波长与晶格常数的比例和带隙频率的对应关系，带隙可分为Bragg散射型(带隙频率所对应的波长与晶格常数处于同一量级)和局域共振型(带隙频率所对应的波长可远大于晶格常数)。Bragg散射型周期结构难以在较小的周期尺寸条件下得到低频带隙，因此在低频减振降噪方面难以得到应用；而局域共振型周期结构的带隙频率与周期胞元中振子元件固有的振动特性密切相关，带隙频率可以设计到较低频率进而解决低频抑振难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种局域共振低频带隙抑振周期结构，通过在弹性结构上安装抑振周期结构，达到减振降噪目的。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种局域共振低频带隙抑振周期结构，包括周期分布的质量元件、弹性元件和基体。周期胞元包括金属结构即质量元件，质量元件侧面包围一圈橡胶或硅胶材料环状结构即弹性元件，质量元件周向侧面为带有一定形状的曲面，并且弹性元件与质量元件之间相互贴合，然后将弹性元件包围质量元件作为整体周期排列在弹性结构基体中，其中弹性元件与基体之间也是相互贴合的。所述局域共振低频带隙抑振周期结构，质量元件截面和基体开孔形状可以是圆形、三角形、四边形、六边形等，也可以是不规则形状。所述局域共振低频带隙抑振周期结构，周期分布形式可以是矩形、菱形或三角形排列等多种形式。所述局域共振低频带隙抑振周期结构，铺设周期结构的弹性基体上、下表面可涂覆高阻尼材料或消声材料。本专利技术抑振周期结构相对于经典弹性结构而言，主要特点如下：1、弹性波在周期结构中的传播存在带隙特性。在带隙频率范围内，弯曲波在周期结构中的传播得到有效抑制；2、周期结构的局域共振带隙，主要来源于周期胞元共振特性与弯曲波传播特性的相互作用，而周期胞元共振特性是弹性元件和质量元件之间的剪切作用产生的；3、合理选择弹性元件与质量元件的结构参数和材料参数，如采用弹性模量小的弹性元件或金属密度大的质量元件等，可以使带隙频率向低频拓展，从而实现更低频率减振目的；4、提高弹性元件的阻尼，可以增强弹性元件和质量元件之间剪切作用的能量消耗，而质量元件周向侧面的形状设计，由于增大了其和弹性元件的接触面积，也有利于增大剪切过程中的阻尼作用，进一步增强结构的宽频带抑振性能，进而降低结构的辐射噪声。附图说明图1：周期胞元填充结构示意图。图2：周期胞元填充结构剖面示意图。图3：本专利技术抑振周期结构示意图。图4：抑振周期结构基体激励区与拾振区的振动响应对比。图5：抑振周期结构与对比结构拾振区振动响应对比。图中：1—质量元件；2—弹性元件；3—基体。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，周期胞元包括金属结构即质量元件1，质量元件1侧面包围一圈橡胶或硅胶材料环状结构即弹性元件2，质量元件1周向侧面为带有一定形状的曲面，并且弹性元件2与质量元件1之间相互贴合，如图2所示；然后将基本胞元周期排列在弹性结构基体3中，其中弹性元件2与基体3之间也是相互贴合的，最终得到的抑振周期结构如图3所示。由于周期结构的局域共振带隙特性，弯曲波的传播会受到抑制。抑振作用主要体现在两个方面，一是抑振周期结构基体一端(基体无周期胞元分布的区域，称为基体激励区)的振动经过周期结构传递到基体另一端(基体另一无周期胞元分布的区域，称为基体拾振区)得到了抑制，二是抑振周期结构拾振区的平均振动响应与经典弹性结构(对比结构)相比得到了降低。在本具体实施例中，抑振周期结构基体尺寸为1000mm×455mm×4mm，材料为钢，中间周期排列圆孔个数为8×7，孔径50mm，孔间距65mm；质量元件直径30mm，材料为铅；弹性元件选用模量为107Pa、损耗因子为0.2的橡胶材料。基体一端施加法向激励，给出周期结构基体激励区、拾振区的平均振动响应对比曲线，以及周期结构、对比结构的拾振区振动响应对比，分别如图4、图5所示。由图可见，周期结构具有明显的带隙特性，基于局域共振带隙特性的周期结构具有良好的低频抑振性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局域共振低频带隙抑振周期结构，包括周期分布的质量元件1、弹性元件2和基体3，其特征在于：周期单元包括金属结构即质量元件1，质量元件1侧面包围一圈橡胶或硅胶材料环状结构即弹性元件2，质量元件1周向侧面为带有一定形状的曲面，并且弹性元件2与质量元件1之间相互贴合，然后将弹性元件2包围质量元件1作为整体周期排列在弹性结构基体3中，其中弹性元件2与基体3之间也是相互贴合的。

【技术特征摘要】
1.一种局域共振低频带隙抑振周期结构，包括周期分布的质量元件1、弹性元件2和基体3，其特征在于：周期单元包括金属结构即质量元件1，质量元件1侧面包围一圈橡胶或硅胶材料环状结构即弹性元件2，质量元件1周向侧面为带有一定形状的曲面，并且弹性元件2与质量元件1之间相互贴合，然后将弹性元件2包围质量元件1作为整体周期排列在弹性结构基体3中，其中弹性元件2与基体3之间也是相互贴合的。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏庆，盛美萍，秦琪，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61