非线性结构单元及低频宽带降噪超材料结构制造技术

本发明专利技术公开一种非线性结构单元，包括接口模块和振子组合体，接口模块包括接口壳体部和接口封盖部，接口壳体部内设置有接口空腔部；振子组合体设置于接口空腔部内，包括自由活动模块、约束活动模块、第一弹性模块和第二弹性模块。该非线性结构单元能够在不需要增加结构重量的情况下，轻松实现了质量和阻尼双重放大，显著拓宽低频吸波频带，实现了对低频弹性波的拓宽吸收，并提高了超材料结构的可靠性，克服了传统超材料元胞难以实现对低频弹性波宽带吸收的缺陷，同时还具有结构简单、整体刚度大、鲁棒性好、成本低廉的优点。本发明专利技术还提出一种低频宽带降噪超材料结构，其包括基本部件和若干如上所述的非线性结构单元。和若干如上所述的非线性结构单元。和若干如上所述的非线性结构单元。

【技术实现步骤摘要】
非线性结构单元及低频宽带降噪超材料结构


[0001]本专利技术属于高新装备(飞机、轨道列车、大型船舶、智能汽车、新型输变系统、静音空调等)、功能建筑(高速公路、桥梁/隧道、乘候车厅/馆、会议场馆、录音/演播厅、消声室等)减振降噪新材料、新结构领域，特别是涉及一种非线性结构单元及低频宽带降噪超材料结构。

技术介绍

[0002]声学超材料结构是指由特殊设计的人工声学微结构单元/元胞(如局域共振结构单元、微振子单元，或简称振子)按预定方式排列在弹性介质中构成的新型声学材料或结构，能获得自然界材料不具有的超常物理特性(如负质量密度、负折射、负模量)，可以实现对弹性波和声波的超常操控，使得其在许多领域都具有非常重要的应用价值，如吸波、声换能、声定位/探测、声透镜等方面。
[0003]人工声学微结构单元是构造声学超材料的基本单元，其直接影响着声学超材料超常物理性能的发挥。传统设计的人工声学微结构单元主要有薄膜集中质量振子、悬臂梁振子、螺旋迷宫振子、双稳态屈曲结构等几种结构形式，这些人工声学微结构单元在低频段具有较好的吸波性能，但是频带较窄，难以实现宽带吸波，往往需要通过多个结构串联/并联协同设计，或增加结构尺寸/质量来拓宽宽频，这无疑增加了结构的复杂程度、制造成本，并降低了结构的可靠性，同时限制了传统人工声学微结构单元的工应用。
[0004]综上所述，本专利技术提出一种新型的非线性结构单元，以克服传统人工声学微结构单元难以实现宽带吸波的不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种非线性结构单元，以解决传统人工声学微结构单元难以实现宽带吸波的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种非线性结构单元，包括：
[0008]接口模块，所述接口模块包括接口壳体部和接口封盖部，所述接口壳体部内设置有接口空腔部，所述接口封盖部用于封闭所述接口空腔部；
[0009]振子组合体，所述振子组合体设置于所述接口空腔部内，其包括自由活动模块、约束活动模块、第一弹性模块和第二弹性模块；所述约束活动模块具有活动空腔部，用以容纳所述自由活动模块，且所述自由活动模块能够在所述活动空腔部自由活动；所述约束活动模块的一端与所述接口模块之间连接所述第一弹性模块；所述约束活动模块的另一端与所述接口模块之间连接所述第二弹性模块。
[0010]可选的，所述接口壳体部为一端开口的带底壳体，所述接口封盖部用于安装在所述带底壳体的开口端；
[0011]或者，所述接口壳体部为两端均开口的壳身结构，所述壳身结构的两端开口均安
装所述接口封盖部。
[0012]可选的，所述接口壳体部为圆柱型壳体或棱柱型壳体；所述接口空腔部的腔壁为圆柱面或棱柱面；所述接口封盖部为圆形盖或矩形盖。
[0013]可选的，所述约束活动模块的形状与所述接口空腔部的形状相同；所述活动空腔部的形状为圆柱型或棱柱型。
[0014]可选的，所述约束活动模块包括：
[0015]第一约束刚体部，所述第一约束刚体部内开设有第一活动半腔；
[0016]第二约束刚体部，所述第二约束刚体部与所述第一约束刚体部对接，且所述第二约束刚体部内开设有能够与所述第一活动半腔对接的第二活动半腔；
[0017]开口部，所述开口部设置于所述第一约束刚体部或所述第二约束刚体部。
[0018]可选的，所述自由活动模块包括至少一个球形颗粒块；当所述球形颗粒块设置为多个时，任意相邻两所述球形颗粒块之间留有间隙或局部接触。其中，所述球形颗粒块的数量为正整数，即大于等于1个。所述自由活动模块与所述活动空腔部之间留有活动空间。
[0019]可选的，任意一所述球形颗粒块的外部包覆有第一缓冲弹性层；
[0020]所述活动空腔部的外部包覆有第二缓冲弹性层。
[0021]可选的，所述第二缓冲弹性层直接贴附所述活动空腔部的外壁设置，此时所述第二缓冲弹性层嵌置于所述第一约束刚体部和所述第二约束刚体部内。所述第二缓冲弹性层也可包覆在整个约束活动模块3的外壁。
[0022]可选的，所述第一弹性模块为弹簧、实心弹性柱或空心弹性柱；所述第二弹性模块为弹簧、实心弹性柱或空心弹性柱。
[0023]可选的，所述第一弹性模块、所述第二弹性模块的数量均不小于1个，例如设置1个、2个或4个。
[0024]可选的，所述非线性结构单元能够两个以上并联或串联形成超元胞形式。
[0025]可选的，所述非线性结构单元也可以单个使用。
[0026]可选的，所述第一弹性模块和/或所述第二弹性模块采用硅胶、橡胶、弹簧钢或塑料材质制成。
[0027]可选的，所述约束活动模块采用铜、钢、铝、钛合金或石材制成。
[0028]可选的，所述自由活动模块的任意一所述球形颗粒块由钢、铜、石材、PVC或硅橡胶制成。
[0029]可选的，所述接口壳体部和/或所述接口封盖部采用亚克力、铁、钢、铝、铜或PVC制成。
[0030]本专利技术的另一目的还在于提出一种低频宽带降噪超材料结构，其包括基本部件和若干如上所述的非线性结构单元，其中：所述基本部件包括基体板壳，若干所述非线性结构单元间隔排布设置于单层所述基体板壳上；或者若干所述非线性结构单元嵌置于双层所述基体板壳之间，且若干所述非线性结构单元在双层所述基体板壳之间间隔排布。
[0031]可选的，所述非线性结构单元的个数应大于等于二，且每个所述非线性结构单元的组成装置形式不完全相同，能够按照预定的方式变化。
[0032]可选的，任意一所述非线性结构单元嵌置于所述基体板壳上。
[0033]可选的，任意一所述非线性结构单元设置于所述基体板壳的板面上。
[0034]可选的，若干所述非线性结构单元在单层所述基体板壳上或双层所述基体板壳之间呈矩阵排列。
[0035]可选的，所述基体板壳上设置有多根横条和多根框肋，所述横条和所述框肋纵横排布，以将所述基本部件分为多个区块，任意一所述区块内均设置有至少一个所述非线性结构单元。
[0036]可选的，多个所述低频宽带降噪超材料结构分层布置，且任意相邻两层所述低频宽带降噪超材料结构之间通过支座连接，形成力学超材料隔振器。
[0037]可选的，所述支座为圆柱支撑杆或弹簧结构，也可根据目标频段设计成两种以上尺寸和/或材料不同的叠层组合结构。
[0038]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0039]本专利技术提出的非线性结构单元，为一种声超材料基本单元，包括接口模块和振子组合体，振子组合体包括自由活动模块、约束活动模块、第一弹性模块和第二弹性模块；接口模块主要支撑振子组合体，提高振子组合体整体刚度并使其保持稳定，同时作为外界连接口用于弹性波的交互传输；第一弹性模块、第二弹性模块为振子组合体提供主刚度，并为非线性结构单元的运动提高导向作用；约束活动模块为振子组合体提供主质量并作为主运动体，同时起限制自由活动模块运动范围的作用；自由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性结构单元，其特征在于，包括：接口模块，所述接口模块包括接口壳体部和接口封盖部，所述接口壳体部内设置有接口空腔部，所述接口封盖部用于封闭所述接口空腔部；振子组合体，所述振子组合体设置于所述接口空腔部内，其包括自由活动模块、约束活动模块、第一弹性模块和第二弹性模块；所述约束活动模块具有活动空腔部，用以容纳所述自由活动模块，且所述自由活动模块能够在所述活动空腔部自由活动；所述约束活动模块的一端与所述接口模块之间连接所述第一弹性模块；所述约束活动模块的另一端与所述接口模块之间连接所述第二弹性模块。2.根据权利要求1所述的非线性结构单元，其特征在于，所述接口壳体部为一端开口的带底壳体，所述接口封盖部用于安装在所述带底壳体的开口端；或者，所述接口壳体部为两端均开口的壳身结构，所述壳身结构的两端开口均安装所述接口封盖部。3.根据权利要求1或2所述的非线性结构单元，其特征在于，所述接口壳体部为圆柱型壳体或棱柱型壳体；所述接口空腔部的腔壁为圆柱面或棱柱面；所述接口封盖部为圆形盖或矩形盖。4.根据权利要求1或2所述的非线性结构单元，其特征在于，所述约束活动模块的形状与所述接口空腔部的形状相同；所述活动空腔部的形状为圆柱型或棱柱型。5.根据权利要求1或2所述的非线性结构单元，其特征在于，所述约束活动模块包括：第一约束刚体部，所述第一约束刚体部内开设有第一活动半腔；第二约束刚体部，所述第二约束刚体部与所述第一约束刚体部对接，且所述第二约束刚体部内开设有能够与所述第一活动半腔对接的第二活动半腔；开口部，所述开口部设置于所述第一约束刚体...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖勇，胡洋华，温激鸿，郁殿龙，钟杰，李永强，张振方，郭佳佳，王帅星，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：