一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，包括上基座、下基座、集线器及直流电源；在上基座和下基座之间布设若干根隔振声子晶体支撑轴，在每根隔振声子晶体支撑轴上套装有一组声子晶体单元组件，每个声子晶体单元上可拆卸地装配有一对同极相对的电磁铁，同一组的声子晶体单元上的电磁铁相互串联成一条闭合电路，每条闭合电路环通过导线与集线器连接，集线器与直流电源连接。本发明专利技术能够解决目前声子晶体隔振器的带隙不可调节，制备工艺复杂，隔振频率范围较窄的问题。

A single crystal phononic crystal isolator with adjustable band gap based on stress stiffening effect

The invention discloses a single acoustic phononic crystal isolator based on the adjustable band gap of stress rigidity, including the upper base, the lower base, the hub and the DC power supply. A number of sound crystal support axes are arranged between the upper base and the lower base, and a group of phonon crystal units are set on the supporting axis of each isolating Phonon Crystal. Components, each phononic unit can be detachably assembled with a pair of electromagnets on the same pole, and the electromagnets on the same group of phononic crystal units are connected to each other into a closed circuit. Each closed circuit ring is connected to a hub through a wire, and the hub is connected to a DC power supply. The invention can solve the problems that the band gap of the present phononic crystal isolator is not adjustable, the preparation process is complex, and the vibration isolation frequency range is narrow.

【技术实现步骤摘要】
一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器
本专利技术属于隔振
，涉及一种隔振器，具体涉及一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器。
技术介绍
在诸如机械制造、航空航天以及其他工程领域都存在着各种振动问题。过量的有害振动往往会导致结构、设备发生疲劳破坏或失效，对于环境要求较高的尖端装备而言更是如此。目前，减小机械结构振动的方法可以主要分为两类：一是控制振源，即减少振动与噪声的产生，这一方面可以通过结构优化设计，提高制造精度，以及减小安装误差等方法来实现；二是对已经产生的振动与噪声采取隔离、衰减等措施，使其在传播过程中被削弱，这一方面可以通过添加阻尼系统来实现。然而现有的方法只能通过各种手段使振动被减弱，使其造成的影响在我们要求的范围之内，而无法消除。近年出现的声子晶体材料，具有传统常规材料所不具备的振动特性，即所谓的弹性波带隙。弹性波在声子晶体中传播时，由于受到其内部周期性结构的调制作用，只有特征频率处在一定范围内的弹性波能够顺利传播，而其他频率的弹性波会受到阻隔。声子晶体的弹性波带隙对装备结构内部减振、降噪设计等领域有重要意义，特别是在常规阻尼材料所不能发挥效能的范围的应用。因此，该种新型材料在结构减振、隔声及新型声学器件研发等方面有广阔的应用前景。然而，传统的多材质声子晶体制备方法复杂，而且带隙范围由初始设计决定，不具备可调节性，无法为精密尖端装备提供合适的微振动工作环境，因此很大程度上限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，能够解决目前声子晶体隔振器的带隙不可调节，制备工艺复杂，隔振频率范围较窄的问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，包括上基座、下基座、集线器及直流电源；在上基座和下基座之间布设若干根隔振声子晶体支撑轴，在每根隔振声子晶体支撑轴上套装有一组声子晶体单元组件，每个声子晶体单元上可拆卸地装配有一对同极相对的电磁铁，同一组的声子晶体单元上的电磁铁相互串联成一条闭合电路，每条闭合电路环通过导线与集线器连接，集线器与直流电源连接。优选地，在下基座上部设有隔振下支座，每根隔振声子晶体支撑轴的上端插装在上基座上，下端与隔振下支座连接；在上基座上方和隔振下支座下方均设置压紧端盖。优选地，还包括盖合在上基座上的上蒙皮，盖合在下基座上的下蒙皮，以及与上蒙皮和下蒙皮连接的侧蒙皮，侧蒙皮、上蒙皮以及下蒙皮一同包覆于隔振器外周。优选地，隔振声子晶体支撑轴的下端与隔振下支座过渡配合，上方的压紧端盖与上基座胶接，下方的压紧端盖与隔振下支座胶接。优选地，每条闭合电路环的正负极与均布于上基座上的接线柱连接，通过接线柱将外导线与内导线相连。优选地，每个声子晶体单元包括由下至上套设在隔振声子晶体支撑轴上的一级散射体和二级散射体，在一级散射体等角度均布四个共振悬臂，两组同极相对的电磁铁对应套设在这四个共振悬臂上。进一步优选地，每个局域共振型声子晶体单胞由非铁磁性材料通过机械加工或增材制造工艺制成。更进一步优选地，所述非铁磁性材料为铝、铜或工程塑料等。进一步优选地，通过调节输入电流大小能够调节同极相对安装于共振悬臂端的电磁铁间的磁场强度，改变单元内部应力场，振动控制方程如下所示：[K+Kσ]-ω2[M]＝[0]；式中，K为结构刚度矩阵，M为质量矩阵，ω为圆频率，Kσ为应力附加刚度阵。优选地，上基座和下基座的形状为正方形、正六边形或圆形。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，能够实现对带隙频率范围内振动的控制，沿声子晶体单元周期方向传播的振动通过上基座输入，利用局域共振型声子晶体单胞的带隙特性，使得一定的频率范围内振动被衰减，之后经过局域共振型声子晶体组件的振动被衰减再通过下基座将振动传出。其优势具体体现在：1、依靠声子晶体的能带特性，实现了对带隙频率范围内振动的有效控制；2、充分利用结构的应力刚化效应，实现了声子晶体带隙的调节，可以通过控制电磁铁的电流大小，改变声子晶体单元内部应力场，从而实现对隔振频率范围的调节，扩大了声子晶体隔振器的隔振范围；3、本专利技术整体结构简单，制造方便，隔振效果突出，应用范围广泛，适用于各种精密仪器支撑台、隔振平台等各种平台结构，及弹性波通道开关等新型声学器件。附图说明图1为本专利技术的整体装配结构示意图；图2为去除侧蒙皮、上蒙皮和下蒙皮后的整体装配结构示意图；图3为图2的局部细节示意图；图4为闭合电路环通过外导线与集线器和直流电源连接示意图；图5为本专利技术采用局域共振型声子晶体振子组件装配示意图；图6为本专利技术的局域共振型声子晶体单胞结构示意图。其中，1为上基座；2为上蒙皮；3为侧蒙皮；4为下蒙皮；5为压紧端；6为隔振声子晶体支撑轴；7为接线柱；8为隔振下支座；9为下基座；10为局域共振型声子晶体组件；11为局域共振型声子晶体单胞；12为共振悬臂；13-1为一级散射体；13-2为二级散射体；14为电磁铁；15为外导线；16为内导线；17为集线器；18为直流电源。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参见图1～6，本专利技术公开的一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，包括上基座1、下基座9、集线器17及直流电源18；在上基座1和下基座9之间布设若干根隔振声子晶体支撑轴6，在每根隔振声子晶体支撑轴6上套装有一组局域共振型声子晶体组件10，每组局域共振型声子晶体组件10由若干个局域共振型声子晶体单胞11组成，每个局域共振型声子晶体单胞11上可拆卸地装配有一对同极相对的电磁铁14，同一组局域共振型声子晶体组件10上的电磁铁14通过内导线16相互串联成一条闭合电路，每条闭合电路环正负极与均布于上基座接线柱7连接，通过接线柱7将外导线15与内导线16相连接，每条闭合电路环在外部通过外导线15与集线器17连接，集线器17与直流电源18连接。在下基座9上部设有隔振下支座8，每根隔振声子晶体支撑轴6的上端插装在上基座1上，下端与隔振下支座8连接；在上基座1上方和隔振下支座8下方均设置压紧端盖5，还包括盖合在上基座1上的上蒙皮2，盖合在下基座9上的下蒙皮4，以及与上蒙皮2和下蒙皮4连接的侧蒙皮3，侧蒙皮3包覆隔振器外周。声子晶体支撑轴6的下端与隔振下支座8过渡配合，上方的压紧端盖5与上基座1胶接，下方的压紧端盖5与隔振下支座8胶接。参见图3，每组局域共振型声子晶体组件10均包括多个局域共振型声子晶体单胞11，每个局域共振型声子晶体单胞11均有一定的复杂空间结构；隔振声子晶体支撑柱6与若干个周期性布置的局域共振型声子晶体单胞11通过螺钉可拆卸连接。参见图6，每个局域共振型声子晶体单胞11包括由下至上套设在声子晶体支撑轴6上的一级散射体13-1和二级散射体13-2，在一级散射体13-1等角度均布四个共振悬臂12，两组同极相对的电磁铁14对应套设在这四个共振悬臂12上。对于每个局域共振型声子晶体单胞11，按照功能性可分为柔度大的连接部分、质量集中的共振部分。每个局域共振型声子晶体单胞11由同种非铁磁性材料如铝、铜、工程塑料等通过机械加工、增材制造等手段制备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，其特征在于，包括上基座(1)、下基座(9)、集线器(17)及直流电源(18)；在上基座(1)和下基座(9)之间布设若干隔振根声子晶体支撑轴(6)，在每根隔振声子晶体支撑轴(6)上套装有一组局域共振型声子晶体组件(10)，每组局域共振型声子晶体组件(10)由若干个局域共振型声子晶体单胞(11)组成，每个局域共振型声子晶体单胞(11)上可拆卸地装配有一对同极相对的电磁铁(14)，同一组局域共振型声子晶体组件(10)上的电磁铁(14)相互串联成一条闭合电路，每条闭合电路环通过外导线(15)与集线器(17)连接，集线器(17)与直流电源(18)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，其特征在于，包括上基座(1)、下基座(9)、集线器(17)及直流电源(18)；在上基座(1)和下基座(9)之间布设若干隔振根声子晶体支撑轴(6)，在每根隔振声子晶体支撑轴(6)上套装有一组局域共振型声子晶体组件(10)，每组局域共振型声子晶体组件(10)由若干个局域共振型声子晶体单胞(11)组成，每个局域共振型声子晶体单胞(11)上可拆卸地装配有一对同极相对的电磁铁(14)，同一组局域共振型声子晶体组件(10)上的电磁铁(14)相互串联成一条闭合电路，每条闭合电路环通过外导线(15)与集线器(17)连接，集线器(17)与直流电源(18)连接。2.根据权利要求1所述的基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，其特征在于，在下基座(9)上部设有隔振下支座(8)，每根隔振声子晶体支撑轴(6)的上端插装在上基座(1)上，下端与隔振下支座(8)连接；在上基座(1)上方和隔振下支座(8)下方均设置压紧端盖(5)。3.根据权利要求2所述的基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，其特征在于，还包括盖合在上基座(1)上的上蒙皮(2)，盖合在下基座(9)上的下蒙皮(4)，以及与上蒙皮(2)和下蒙皮(4)连接的侧蒙皮(3)，侧蒙皮(3)与上蒙皮(2)、下蒙皮(4)一同包覆于隔振器外周。4.根据权利要求2所述的基于应力刚化效应带隙可调的单质声子晶体隔振器，其特征在于，隔振声子晶体支撑轴(6)的下端与隔振下支座(8)过渡配合，上方的压紧端盖(5)与上基座(1)胶接，下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃明，朱昀，周俊辰，耿谦，王迪，李珍，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61