本发明专利技术公开一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，包括局域共振单元和刚性散体颗粒；所述局域共振单元由基体梁、竖向杆件、质量块组成；所述基体梁侧面等间距的挖设有若干槽孔；每个槽孔上方的基体梁通过所述竖向杆件与所述质量块连接，所述质量块内设有凹槽，所述凹槽和槽孔内均放置有所述刚性散体颗粒的空间，每个槽孔通过玻璃胶实现封闭，利用刚性散体颗粒之间构成的颗粒阻尼效应，改善超材料中隔振降噪的频率区间。改善超材料中隔振降噪的频率区间。改善超材料中隔振降噪的频率区间。
【技术实现步骤摘要】
禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置
[0001]本专利技术属于工程隔振降噪
，尤其涉及一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置。
技术介绍
[0002]近年来，声子晶体因其在结构隔振降噪领域巨大的潜在应用价值而得到了科研人员的广泛关注，其带隙特性研究已成为工程振动控制领域的前沿基础性问题之一。声子晶体是由两种或两种以上介质组成的具有弹性波带隙特性的周期性复合材料或结构。某些频率范围内的弹性波无法在其中传播，相应的频率范围称为带隙，也可称为禁带，在带隙或禁带的频率范围内，振动与波动无法传播。其他频率范围称为通带，在通带的频率范围内，振动与波动可以传播。带隙的形成机理有两种，即Bragg散射机理和局域共振机理，相应的带隙称为Bragg带隙和局域共振带隙。
[0003]由于Bragg带隙受到Bragg条件的限制，只有当该型声子晶体晶格尺寸与弹性波半波长相当时才会出现Bragg带隙，因此在低频率的隔振降噪效果受到了限制。针对低频隔振降噪领域，主要采用局域共振带隙机理进行研究，可应用于机械工程、土木工程、航空航天等隔振降噪领域中，具有很好的工程意义与实际效益。
[0004]2000年，Liu等首次发现并制备了局域共振型声子晶体，由于局域共振超材料采用特殊的结构单元设计，使其在常规介质中具有一些超常物理特性，如负折射、负质量密度等。并且，其在低频段具有振动与波动禁带，在该禁带频率范围内将振动与波动传播，为低频率段的隔振降噪研究提供了新的方向。
[0005]在低频段，依靠局域共振机理可以实现一定程度上的隔振降噪效果，但是依然不能满足高精度、高要求的工程需要。而在较高频段的振动将会对高精度电子仪器等产生较大扰动，会在一定程度上对数据采集质量与仪器寿命造成影响。为满足较好的隔振降噪需要，以往的隔振装置多为吸收振动的柔性连接，而这样的连接方式不能满足较高支撑强度下的隔振问题。且在机械工程、土木工程、航空航天等隔振降噪领域中，需要面对各种频段的振动保持较好的隔振效果，仅依靠超材料中的局域共振原理不能完全满足该要求。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，可以依靠颗粒阻尼效应，对超材料中局域共振隔振降噪问题进行改进。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，包括局域共振单元和刚性散体颗粒；所述局域共振单元由基体梁、竖向杆件、质量块组成；所述基体梁侧面等间距的挖设有若干槽孔；每个槽孔上方的基体梁通过所述竖向杆件与所述质量块连接，所述质量块内设有凹槽，所述凹槽和槽孔内均放置有所述刚性散体颗粒的空间，每个槽孔通
过玻璃胶实现封闭，利用刚性散体颗粒之间构成的颗粒阻尼效应，改善超材料中隔振降噪的频率区间。
[0009]进一步的，利用基体梁和局域共振单元，建立局域共振的动力学模型从而实现振动与波动的带隙特性，抑制在带隙频率范围内的弯曲振动。
[0010]进一步的，球状刚性散体颗粒直径为1mm，材质为304不锈钢，填充在槽孔和凹槽内的刚性散体颗粒占所处空间的1/2～3/4。
[0011]进一步的，在竖向杆件与基体梁之间以及在竖向杆件与质量块之间进行倒圆角处理，倒圆角半径为0.5mm。
[0012]进一步的，利用3D打印技术打印局域共振非线性超材料装置。
[0013]进一步的，在一维的局域共振单元的基础上，通过各个局域共振单元的相互叠加或拼接，实现二维或三维的局域共振非线性超材料装置的构建。
[0014]本专利技术还提供一种局域共振非线性超材料实验方法，包括以下步骤：
[0015](1)在基体梁的一端给予激振，分别在基体梁的首端和末端用传感器进行信号采集，在800Hz
‑
2000Hz的频率区间内每隔50Hz进行一次实验；
[0016](2)首先在不设置刚性散体颗粒阻尼的情况下进行实验，测量在各个频率下，首端检测到的加速度信号a1即激励信号，以及末端检测到的加速度信号a2即接收信号；
[0017](3)在各个槽孔和凹槽内填充球状刚性散体颗粒，以起到颗粒阻尼的效果，重复上述操作步骤，测量在各个频率下末端检测到的加速度信号a3即接收信号，之后对实验得到的数据进行分析处理，比较填充刚性散体颗粒后加速度变化情况，得到实验结果
[0018]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0019](1)本专利技术装置的凹槽和槽孔中的球状刚性散体颗粒形成了颗粒阻尼效应，在振动与波动的传输过程中，依靠颗粒之间的碰撞，使得振动与波动能量发生了消耗。
[0020](2)在原先的由于局域共振原理而产生的振动与波动禁带的频率区间范围内，传输过程中增加了由于颗粒阻尼效应而产生的能量消耗，使其在局域共振原理所产生的禁带区间内的隔振基础上，增加了由颗粒阻尼效应带来的隔振效果，进一步加强了在该频段的隔振降噪效果。
[0021](3)在原先振动与波动禁带之外的通带频率范围内，颗粒阻尼效应同样可在应振动与波动的传输过程中使得能量衰减，进而补充了禁带机理的不足，实现了隔振降噪效果，可以用于多个频率区间的非线性隔振降噪。
[0022](4)本专利技术的模型构型为单一方向一维放置，且受到场地因素限制，只能设计九个单元，以模拟无限范围内的隔振效果，并且上部可增加不同配重，易于结构设计。二维及三维的模型构建及实验数据检测，将以一维模型为基础，且同样依靠局域共振原理和颗粒阻尼效应的共同作用，可以起到良好的隔振降噪效果，本实验中将不予介绍。
[0023](5)本专利技术的模型整体由机械结构构成，相比电子隔振装置有效避免了电磁信号干扰问题。该装置的结构简单、主要采用标准件，易于采购装配，成本明显低于电控装置。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的局域共振非线性超材料装置的实际构型空间表示图。
[0025]图2、3、4均为图1的部分放大结构示意图。
[0026]图5、6均为图1的部分放大结构示意图。
[0027]图7a、7b、7c分别为1603Hz时发射端激励信号、未放置刚性球状散体颗粒接收信号、放置刚性球状散体颗粒接收信号的实验数据图。
[0028]图8a、8b、8c分别为1448Hz时发射端激励信号、未放置刚性球状散体颗粒接收信号、放置刚性球状散体颗粒接收信号的实验数据图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，其特征在于，包括局域共振单元和刚性散体颗粒；所述局域共振单元由基体梁、竖向杆件、质量块组成；所述基体梁侧面等间距的挖设有若干槽孔；每个槽孔上方的基体梁通过所述竖向杆件与所述质量块连接，所述质量块内设有凹槽，所述凹槽和槽孔内均放置有所述刚性散体颗粒的空间，每个槽孔通过玻璃胶实现封闭，利用刚性散体颗粒之间构成的颗粒阻尼效应，改善超材料装置中隔振降噪的频率区间。2.根据权利要求1所述的禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，其特征在于，利用基体梁和局域共振单元，建立局域共振的动力学模型从而实现振动与波动的带隙特性，抑制在带隙频率范围内的弯曲振动。3.根据权利要求1所述的禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，其特征在于，球状刚性散体颗粒直径为1mm，材质为304不锈钢，填充在槽孔和凹槽内的刚性散体颗粒占所处空间的1/2～3/4。4.根据权利要求1所述的禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，其特征在于，在竖向杆件与基体梁之间以及在竖向杆件与质量块之间进行倒圆角处理，倒圆角半径为0.5mm。5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：王毅泽，綦昭越，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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