一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构制造技术

本发明专利技术公开一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，包括圆柱壳壳体，多个连接在圆柱壳壳体内壁上的环形加强筋，多个连接在所述圆柱壳壳体内壁且位于加强筋之间的声学黑洞构件，多个连接在声学黑洞构件下表面的阻尼层；声学黑洞构件上表面为弧形面、下表面为台状凸起，且沿台状凸起两侧为呈流线型渐缩面，台状凸起平贴于圆柱壳壳体内壁，阻尼层附在流线型渐缩面两端部。将圆柱壳外壳上的弯曲波能量集中到声学黑洞构件上，并利用附着在声学黑洞构件表面的阻尼层实现对弯曲波振动能量的吸收与耗散，无需对圆柱壳结构进行去除、挖空操作，在不破坏主结构的强度与刚度的同时，达到较好地减振降噪的目的。地减振降噪的目的。地减振降噪的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构


[0001]本专利技术涉及结构减振降噪与声振
，特别是涉及一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构。

技术介绍

[0002]在航空、航天、航海和民用交通等领域，薄壁构件以其轻量化、强度高等特点得到大量应用，但随之带来了振动加剧和噪声污染等有害问题。近年来，在力学领域提出的声学黑洞结构不仅具有轻量化特征，还有高阻尼、高频散、低辐射效率和能量聚集等特性，在振动噪声控制、声波调控和高效能量回收等领域展示了极大的应用潜力。
[0003]声学黑洞概念可以类比天体物理学中的黑洞概念。天体物理学中黑洞是指一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点，可以吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。声学黑洞的概念可以与之类比，声学黑洞效应通过对梁或薄板结构厚度进行幂律剪裁或者对材料特性进行梯度修改的方式，使弯曲波的相速度和群速度逐渐减小以至于趋近于零，从而实现弯曲波在末端产生弯曲波聚集效应，形成高能量密度区域。
[0004]现今对于声学黑洞的研究主要包括一维和二维结构，声学黑洞作为一种单相材料，仅依赖于结构厚度剪裁的剪裁，理想声学黑洞结构其厚度变化规律服从幂率分布h(x)＝εx
m
(其中ε为剖面斜率，m为黑洞阶次)理想情况下，声学黑洞结构厚度沿着x减小的方向剪裁至零。通过在声学黑洞尖端处附加阻尼材料，可以达到很好地能量吸收与减振降噪效果。
[0005]但是，现今对于一维与二维声学黑洞结构，都需要对原有工程结构进行剪裁，例如进行去除、挖空操作，这增加了工程结构的加工操作复杂度，同时削弱了主结构的厚度，会大大降低原有工程结构的刚度和强度，严重影响了工程结构的性能，阻碍了声学黑洞的应用与推广。
[0006]因此，在圆柱壳结构减振抑制过程中，设计一种不破坏原有结构几何特征和强度的基于声学黑洞效应的圆柱壳减振装置是非常重要的。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，通过在圆柱壳内壁附加声学黑洞构件，在不破坏主结构的强度与刚度的同时，达到较好地减振降噪的目的。
[0008]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0009]一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，包括圆柱壳壳体，多个连接在所述圆柱壳壳体内壁上的环形加强筋，多个连接在所述圆柱壳壳体内壁且位于加强筋之间的声学黑洞构件，多个连接在声学黑洞构件下表面的阻尼层；
[0010]所述声学黑洞构件上表面为弧形面、下表面为台状凸起，且沿台状凸起两侧为呈流线型渐缩面，台状凸起平贴于圆柱壳壳体内壁，阻尼层附在流线型渐缩面两端部。
[0011]作为优选，多个所述声学黑洞构件刚性连接于所述圆柱壳壳体内壁上；
[0012]多个所述声学黑洞构件环形对称分布在所述圆柱壳壳体内壁上。
[0013]作为优选，相邻的声学黑洞构件分布于两道加强筋之间互不接触。
[0014]作为优选，声学黑洞构件包括中间均匀区域、第一声学黑洞区域和第二声学黑洞区域，中间均匀区域为台状凸起位置，第一声学黑洞区域和第二声学黑洞区域为台状凸起两侧的流线型渐缩面位置，阻尼层分别粘贴在第一声学黑洞区域和第二声学黑洞区域。
[0015]作为优选，沿声学黑洞构件的上表面到下表面切向轴线的径向距离H为：
[0016][0017]其中，以圆柱壳壳体的中心为原点，到第一声学黑洞区域的边缘线连线为起始角；θ1为第一声学黑洞区域与中间均匀区域的交界线到原点连线，与初始角的夹角；θ2为中间均匀区域的径向竖直轴线与初始角的夹角；h1为声学黑洞构件3的边缘厚度，h1≥0；h2为中间均匀区域的上表面到切向轴线的径向距离；ε为剖面斜率，ε＞0；m为黑洞阶次，m≥2。
[0018]作为优选，台状凸起中间均匀区域的厚度为圆柱壳厚度的2倍；
[0019]两侧的流线型渐缩面边缘厚度为台状凸起中间均匀区域的厚度的0.05倍。
[0020]作为优选，阻尼层厚度为两侧的流线型渐缩面边缘厚度的4倍。
[0021]作为优选，多个所述加强筋呈等间距阵列连接在所述圆柱壳壳体内壁上；
[0022]所述加强筋是曲率恒定的圆环形。
[0023]作为优选，所述圆柱壳壳体、加强筋和声学黑洞构件材质为Q235A3钢；阻尼层的材质为橡胶、泡沫塑料或高阻尼合金之一。
[0024]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0025]本专利技术公开了一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，在减振结构的均匀区域即圆柱壳壳体区域，声学黑洞构件利用声学黑洞效应，将圆柱壳外壳上的弯曲波能量集中到声学黑洞构件上，并利用附着在声学黑洞构件表面的阻尼层实现对弯曲波振动能量的吸收与耗散，无需对圆柱壳结构进行去除、挖空操作，是实现弯曲波振动能量的高效吸收的一种切实可行的有效手段，进而体现出声学黑洞结构在工业管道设备、压力容器、汽车/船舶舱室等一系列减振控制结构中的广泛应用前景，对振动控制理论和方法的研究也是一种补充和拓宽。
附图说明
[0026]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0027]图1为本专利技术减振结构的立体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术减振结构的沿轴向切开的立体结构示意图；
[0029]图3为本专利技术减振结构中的加强筋的立体结构示意图；
[0030]图4为本专利技术减振结构中的加强筋的多单元分布示意图；
[0031]图5为本专利技术减振结构中两道加强筋之间声学黑洞构件多单元分布示意图；
[0032]图6为本专利技术减振结构中的声学黑洞构件与阻尼层的立体结构示意图；
[0033]图7为本专利技术减振结构中的阻尼层的立体结构示意图；
[0034]图8为本专利技术减振结构中的声学黑洞构件的截面示意图；
[0035]图9为本专利技术减振结构和未附加声学黑洞构件圆柱壳结构的模态损耗因子对比图；
[0036]图10为本专利技术减振结构和未附加声学黑洞构件圆柱壳结构减振性能对比图。
[0037]附图中标记分别为：1
‑
圆柱壳壳体；2
‑
加强筋；3
‑
声学黑洞构件；4
‑
阻尼层。
具体实施方式
[0038]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0039]如图1
‑
2所示，本专利技术提供一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，其包括：圆柱壳壳体1，在圆柱壳壳体1内壁上连接有多个环形加强筋2，在多个加强筋2之间设有沿圆柱壳壳体1内壁环向分布的声学黑洞构件3，在声学黑洞构件3的表面设置有阻尼层4。
[0040]如图3所示，加强筋2是曲率恒定的圆环形；加强筋2刚性连接在圆柱壳壳体1内壁上，以此增强圆柱壳减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，其特征在于，包括圆柱壳壳体，多个连接在所述圆柱壳壳体内壁上的环形加强筋，多个连接在所述圆柱壳壳体内壁且位于加强筋之间的声学黑洞构件，以及多个连接在声学黑洞构件下表面的阻尼层；所述声学黑洞构件上表面为弧形面、下表面为台状凸起，且沿台状凸起两侧为呈流线型渐缩面，台状凸起平贴于圆柱壳壳体内壁，阻尼层附在流线型渐缩面两端部。2.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，其特征在于，多个所述声学黑洞构件刚性连接于所述圆柱壳壳体内壁上；多个所述声学黑洞构件环形对称分布在所述圆柱壳壳体内壁上。3.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，其特征在于，相邻的声学黑洞构件分布于两道加强筋之间互不接触。4.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，其特征在于，声学黑洞构件包括中间均匀区域、第一声学黑洞区域和第二声学黑洞区域，中间均匀区域为台状凸起位置，第一声学黑洞区域和第二声学黑洞区域为台状凸起两侧的流线型渐缩面位置，阻尼层分别粘贴在第一声学黑洞区域和第二声学黑洞区域。5.根据权利要求4所述的一种基于声学黑洞效应的圆柱壳减振结构，其特征在于，沿声学...

【专利技术属性】
技术研发人员：高南沙，罗栋栋，邓杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：