一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱制造技术

本发明专利技术公开了一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，包括长方体块、块状金属重芯、圆柱体基体和约束圆管。长方体块与块状金属重芯组成的局部共振谐振器被布置在金属盒中部，形成内部谐振器单元。内部谐振器单元在约束圆管内部进行竖向周期性布置后，注入基体材料形成具有低频减振特性的超材料柱。通过利用内部谐振器的局部共振，超材料柱不仅具备承载能力，还在低频范围内形成单方向的带隙，对频率落在带隙内的单向正弦振动进行有效衰减。通过调整长方体块和块状金属重芯的尺寸，可以对带隙进行调整。本发明专利技术可用于建筑结构当中，利用局部共振形成的带隙，对带隙频率范围内的单向振动荷载进行衰减，从而达到保护建筑物的作用。作用。作用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱


[0001]本专利技术建筑工程
，具体涉及一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱。

技术介绍

[0002]建筑结构在正常使用寿命中往往会受到外部不同的振动荷载，如环境施工带来的机械振动、地铁车辆行驶带来的车辆振动、地质运动时的岩层振动以及撞击荷载等。传统的结构柱在面对外部振动荷载时通常是增大自身结构的刚度以抵抗外部振动带来的损伤，而这种结构设计并不能完全抵御住振动带来破坏，因此，对于建筑结构而言，提高其抵御振动的能力显得尤为重要。
[0003]超材料作为一种人工制造的材料，具有传统材料所不具有的新特性，如负质量密度、负体积模量等自然界中不存在的特性，而这些特性只在一些频率范围出现，即所谓的带隙。因此超材料的带隙属性也被广泛运用于电磁学、声学等领域对电磁波、声波等进行波动控制。带隙产生的方法有两种，分别是通过布拉格散射机理和局部共振机理所形成的带隙。布拉格散射机理形成带隙取决于周期性胞元的晶格常数，且只能衰减与胞元晶格常数同等数量级波长的波，如声子晶体仅能对与声子晶格常数同等数量级的声波或弹性波进行衰减；而局部共振机理的提出，可以在一个很小的胞元里形成带隙，对波长比胞元晶格常数大几个数量级波长的波进行衰减，如胞元晶格常数为几毫米的局部共振声学超材料，可以对几kHz到几十kHz的声波或弹性波进行衰减。
[0004]因此，局部共振超材料也被认为是一种具有应用前景的振动控制方法。当前局部共振超材料对波控制的研究主要集中在高频波控制领域，如对几kHz及其以上的声波、冲击波、电磁波等进行振动隔绝或能量衰减。而对于建筑结构，往往面临着低频振动所造成的结构性损害的风险，想要利用局部共振超材料减小低频振动对建筑结构的破坏能力依然具有挑战性。
[0005]因此，设计出一种利用局部共振超材料减小低频振动的建筑结构是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术克服现有技术的不足，针对上诉缺点本专利技术做出了以下的改进和优化。
[0007]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：
[0008]提供了一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，包括6个局部共振超材料结构单胞，所述6个局部共振超材料结构单胞竖向排列，所述局部共振超材料单胞包括中心圆柱体5，中心圆柱体5中央布置有金属盒4，金属盒4内部包括谐振器，所述谐振器包括长方体1与块状金属重芯2，中心圆柱体5外部布置约束圆管6。
[0009]优选的，所述6个局部共振超材料结构单胞、长方体1、块状金属重芯2和中心圆柱体5的大小参数、构造完全相同。
[0010]优选的，所述金属盒4位于中心圆柱体5中央，金属盒4的所有外基面均被中心圆柱体5所包裹。
[0011]优选的，所述谐振器包括一个块状金属重芯2和两个连接在块状金属重芯2两侧端面中心的长方体1。
[0012]优选的，所述金属盒4内壁的上下壁面均布置有壳体板3，谐振器设置在金属盒4中部，通过两侧端面的长方体1侧面与金属盒4左右内壁相连。
[0013]优选的，所述外部约束圆管6的内壁与中心圆柱体5的侧壁紧密相连，约束圆管6的内径与中心圆柱体55直径相同，约束圆管6的直径等于局部共振超材料结构单胞长度，且约束圆管6的高度与6个局部共振超材料结构单胞高度相同。
[0014]优选的，所述块状金属重芯2的尺寸小于金属盒4的内腔体尺寸，块状金属重芯2的顶面和底面分别与金属盒4上下内壁面通过壳体板3连接。
[0015]优选的，所述中心圆柱体5、约束圆管6、块状金属重芯2和长方体1分别采用不同材料。
[0016]优选的，所述相邻的长方体1与块状金属重芯2之间的中心距离相等，其数值与局部共振超材料结构单胞内径相等。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的具有低频减振特性的超材料柱，有益效果在于：在具备一定承载力的情况下，可以产生低频局部共振带隙，对频率在带隙范围内的单向低频振动有着明显的衰减。同时，通过调整块状金属重芯和长方体块的尺寸大小，可以改变局部共振带隙的范围。本专利技术可用于建筑结构柱构件，对建筑结构进行有效的低频振动防护。
附图说明
[0018]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0019]图1为本专利技术超材料柱的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术超材料柱单胞的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术超材料柱单胞中的谐振器整体示意图；
[0022]图4为本专利技术超材料柱单胞中的谐振器中金属盒示意图；
[0023]图5为本专利技术超材料柱单胞中的谐振器中块状金属重芯示意图；
[0024]图6为本专利技术超材料柱单胞中的谐振器中长方体示意图；
[0025]图7为本专利技术超材料柱单胞中的谐振器中壳体版示意图；
[0026]图8为本专利技术超材料柱单胞的能带图；
[0027]图9为本专利技术超材料柱的结构图的响应函数曲线图。
[0028]图中，1、长方体；2、块状金属重芯；3、壳体版；4、金属盒；5、中心圆柱体；6、约束圆管。
具体实施方式
[0029]以下结合具体实施例对一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本专利技术不限定于这些实施例中。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0031]提供了一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，如图1所示，本专利技术提供了一种具有低频减振特性的超材料结构柱，结构柱由六个带有谐振器的局部共振超材料结构单胞的竖向阵列组成，局部共振超材料结构单胞结构如图2所示。超材料结构柱单胞的组成部分包括中心圆柱体5、约束圆管6、谐振器。其中，块状金属重芯2和长方体1组成的谐振器被居中布置在金属盒4中央，金属盒4内部的顶底面各设置一块低摩擦系数的壳体板3，这样谐振器与金属盒4组成一个完整的内部谐振器单元。内部谐振器布置在中心圆柱体5中央，中心圆柱体5同时被最外部的约束圆管6所约束。
[0032]在本专利技术的一个实施列中，如图3和7所示，块状金属重芯2是由长方体在两相对侧面沿中间高处均挖去一长方体所形成，形成的凹面面宽大于长方体1的高，块状金属重芯2仅通过凹面与长方体1中心相连形成谐振器，谐振器沿长度方向被布置于顶底内壁带有壳体板3的金属盒4中央，组成谐振器。谐振器中，块状金属重芯2的凹面通过长方体块1与金属盒4两左右内壁相连接、顶底面与壳体板3接触，块状金属重芯2、长方体块1以及金属盒4的长、宽、高方向均一致，。
[0033]具体而言，块状金属重芯2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，其特征在于，包括6个局部共振超材料结构单胞，所述6个局部共振超材料结构单胞竖向排列，所述局部共振超材料单胞包括中心圆柱体(5)，中心圆柱体(5)中央布置有金属盒(4)，金属盒(4)内部包括谐振器，所述谐振器包括长方体(1)与块状金属重芯(2)，中心圆柱体(5)外部布置约束圆管(6)。2.根据权利要求1所述的一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，其特征在于，所述6个局部共振超材料结构单胞、长方体(1)、块状金属重芯(2)和中心圆柱体(5)的大小参数、构造完全相同。3.根据权利要求1所述的一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，其特征在于，所述金属盒(4)位于中心圆柱体(5)中央，金属盒(4)的所有外基面均被中心圆柱体(5)所包裹。4.根据权利要求3所述的一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，其特征在于，所述谐振器包括一个块状金属重芯(2)和两个连接在块状金属重芯(2)两侧端面中心的长方体(1)。5.根据权利要求1所述的一种具有低频减振特性的超材料钢管混凝土柱，其特征在于，所述金属盒(4)内壁的上下壁面均布置有壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：任凤鸣，熊剑荣，黎永盛，田时雨，莫金旭，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：