一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构制造技术

本发明专利技术是一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构。本发明专利技术涉及振动噪声控制领域，本发明专利技术结构包括：声学黑洞板、压电换能元件和压电分流电路；所述压电分流电路包括电容、电感和电阻；所述声学黑洞板按幂函数规律裁剪的声学黑洞薄板，声学黑洞薄板的材料采用结构钢金属材料，声学黑洞薄板下表面粘贴压电换能元件，所述压电换能元件采用压电陶瓷，电阻与电感串联后，与电容并联接入压电换能元件和声学黑洞板。本发明专利技术的宽频抑振装置可用于任何振动系统，不影响该振动系统的结构完整性。性。性。

A piezoelectric shunt damping composite structure of acoustic black hole with broadband vibration suppression performance

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构


[0001]本专利技术涉及振动噪声控制
，是一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构。

技术介绍

[0002]振动控制对于许多工业门类的产品来说非常重要。交通运输、车辆、船舶、航空航天、电子机器等领域装备的振动将大大影响产品的竞争力。先进的振动控制技术在军事及民用领域都有着迫切的需求，人们一直在努力开发减少结构振动或机械振动的方法。
[0003]利用薄壁结构几何参数的梯度变化制造的声学黑洞效应，可以使振动波在结构中的传播速度逐渐减小，其主要实现方法是将薄板结构厚度按一定幂函数规律裁剪，声学黑洞对波的聚集有宽频高效、实现方法简单灵活的特点，在薄壁结构的减振降噪、能量回收等应用有明显优势。压电分流阻尼是运用压电元件的正压电效应将机械能转化为电能，通过分流电路将能量消耗，从而实现结构振动控制，分流电路的电学元件对电能的消耗将影响减振降噪的效果。因此，设计分流电路是压电分流阻尼系统的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术为将声学黑洞结构与压电分流阻尼的抑振效能结合，将分流电路中的电磁振荡效应和声学黑洞的波操纵效应与能量聚集效应结合，通过控制黑洞薄板的结构，以及设计压电分流电路，可以实现结构在特定的宽频内高效减振。本专利技术提供了一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构，本专利技术提供了以下技术方案：
[0005]一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构，所述结构包括：声学黑洞板、压电换能元件和压电分流电路；所述压电分流电路包括电容、电感和电阻；
[0006]所述声学黑洞板按幂函数规律裁剪的声学黑洞薄板，声学黑洞薄板的材料采用结构钢金属材料，声学黑洞薄板下表面粘贴压电换能元件，所述压电换能元件采用压电陶瓷，电阻与电感串联后，与电容并联接入压电换能元件和声学黑洞板。
[0007]优选地，声学黑洞板的薄壁结构几何参数呈梯度变化，变截面部分的中心在板上表面的中心，厚度变化通过下式表示：
[0008]h(r)＝er2+h0；
[0009]其中，r为沿变截面部分厚度增大方向的坐标，e是裁剪系数。
[0010]优选地，声学黑洞板的厚度以一定的幂函数形式减小，当有振动波输入本结构中时，振动波的波速会随着厚度的减小逐渐减小；波速减小为零，减小了弯曲波的输出。
[0011]优选地，压电分流电路中的电磁振荡的固有频率通过下式表示：
[0012][0013]在固有频率附近，强迫振动响应将大幅衰减。
[0014]优选地，压电换能元件的半径与声学黑洞变截面半径相同，且为圆柱形，由PZT
‑
5H制成。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：
[0016]本专利技术结构的厚度以一定的幂函数形式减小，当有振动波输入本结构中时，振动波的波速会随着厚度的减小逐渐减小，在理想的情况下波速可减小为零，大大减小了弯曲波的输出。分流电路中由于电感和电容的存在会产生电磁振荡，由于电磁振荡在声学黑洞压电结构中会产生带隙，分流电路中的电磁振荡的固有频率，在此频率附近，强迫振动响应将大幅衰减。本专利技术的宽频抑振装置可用于任何振动系统，不影响该振动系统的结构完整性。
附图说明
[0017]图1为具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构剖面示意图；
[0018]图2为图1的俯视图；
[0019]图3为具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构与相同尺寸均匀板的振动传输响应曲线的对比图。
具体实施方式
[0020]以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。
[0021]具体实施例一：
[0022]根据图1至图3所示，本专利技术为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本专利技术涉及一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构。
[0023]一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构，所述结构包括：声学黑洞板1、压电换能元件2和压电分流电路3；所述压电分流电路包括电容4、电感5和电阻6；
[0024]所述声学黑洞板按幂函数规律裁剪的声学黑洞薄板，变截面部分的中心在板上表面的中心，声学黑洞薄板的材料采用结构钢金属材料，声学黑洞薄板下表面粘贴压电换能元件，所述压电换能元件采用压电陶瓷，电阻与电感串联后，与电容并联接入压电换能元件和声学黑洞板。
[0025]声学黑洞板的薄壁结构几何参数呈梯度变化，变截面部分的中心在板上表面的中心，厚度变化通过下式表示：
[0026]h(r)＝er2+h0；
[0027]其中，r为沿变截面部分厚度增大方向的坐标，e是裁剪系数。
[0028]声学黑洞板的厚度以一定的幂函数形式减小，当有振动波输入本结构中时，振动波的波速会随着厚度的减小逐渐减小；波速减小为零，减小了弯曲波的输出。
[0029]压电分流电路中的电磁振荡的固有频率通过下式表示：
[0030][0031]在固有频率附近，强迫振动响应将大幅衰减。
[0032]压电换能元件的半径与声学黑洞变截面半径相同，且为圆柱形，由PZT
‑
5H制成。通过调节分流电路中电路元器件的电学参数，当振动波作用于声学黑洞压电分流阻尼复合结构时，激起声学黑洞板和粘贴于其下表面的压电换能元件产生弯曲变形，声学黑洞结构将振动能量聚集于变截面部分，由于正压电效应，变形后的压电片表面产生电压，在分流电路
中产生剧烈的电磁谐振。同时，由于逆压电效应，谐振的压电分流结构对声学黑洞板施加反作用力，使得声学黑洞板的弯曲变形减弱，从而实现高效地抑制振动。不同裁剪指数、不同底面裁剪厚度会对结构弯曲波传播轨迹及能量聚集效应产生影响，不同的电路连接方式、电学参数会对电路复阻抗、带隙的频率及幅值产生影响，在使用本专利技术时可以根据需求选择合适的结构参数及电路参数。
[0033]下面结合具体实例对本专利技术的抑振效果进行详细说明：结构参数如下：声学黑洞板尺寸为a
×
b＝300
×
200mm，h＝7mm，h0＝0.6mm，d＝60mm。压电圆柱片尺寸为dh＝0.7mm，半径与黑洞部分相同。电路参数为：C＝1e
‑
7F，L＝0.01H，R＝0.05Ω。
[0034]自由边界条件下，在黑洞板的上表面中心点施压正弦激励位移，计算其下表面中心的传递特性曲线，波传播至声学黑洞时，其轨迹将逐渐向声学黑洞中心聚拢，实现波的聚集，将带有分流电路的压电材料与声学黑洞结构结合，如前所述，调节电路中电容、电感的值，可将带隙控制到理想频率。如图3，与相同尺寸的均匀薄板、同样在板上表面中心处施加正弦位移激励的传输响应曲线相比较，可以看到在声学黑洞压电分流阻尼复合结构的带隙处，波经过声学黑洞的能量聚集效应及RL
‑
C电路中电磁振荡的作用，基本上都会被吸收，几乎没有任何弯曲振动位移传递，减振效果良好。
[0035]以上所述仅是一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构，其特征是：所述结构包括：声学黑洞板、压电换能元件和压电分流电路；所述压电分流电路包括电容、电感和电阻；所述声学黑洞板按幂函数规律裁剪的声学黑洞薄板，声学黑洞薄板的材料采用结构钢金属材料，声学黑洞薄板下表面粘贴压电换能元件，所述压电换能元件采用压电陶瓷，电阻与电感串联后，与电容并联接入压电换能元件和声学黑洞板。2.根据权利要求1所述的一种具有宽频抑振性能的声学黑洞压电分流阻尼复合结构，其特征是：声学黑洞板的薄壁结构几何参数呈梯度变化，变截面部分的中心在板上表面的中心，厚度变化通过下式表示：h(r)＝er2+h0；其中，r为沿变截面部分厚度增大方向的坐标，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶天贵，陈赞栩，唐宇航，靳国永，闫燕，上官洋，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：