一种声学黑洞结构参数的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种声学黑洞结构参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：根据声学黑洞嵌入位置所在区域；确定幂指数m及常数ε，获得声学黑洞厚度函数；确定声学黑洞尖端截断范围；确定阻尼层半径及厚度；结构强度校核。本发明专利技术与现有技术方案相比，给出了参数选取流程，适用于不同尺寸的筏架结构。本发明专利技术提出了四个无量纲参数以描述声学黑洞结构的几何尺寸，给出参数选取的建议值，为声学黑洞结构尺寸的选取提供依据。取提供依据。取提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种声学黑洞结构参数的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种声学黑洞结构参数的确定方法。

技术介绍

[0002]声学黑洞是指通过改变自身结构厚度而具有对弯曲波汇聚效应的结构。其厚度符合特定函数关系：h(x)＝εx
m
，其中：幂指数m，m≥2；h(x)为距离原点x位置处的结构厚；ε为常数。完美的二维声学黑洞结构如图1所示。声学黑洞结构具有结构简单、低频抑振效果好等特点，将声学黑洞结构嵌入基座、筏架、设备壳体等位置，可实现在不发生较大结构改动的条件下，进一步降低结构振动响应，但声学黑洞大小、剖面形状、阻尼材料尺寸等参数确定尚未形成系统化的方法。
[0003]中国船舶重工集团公司第七一一研究所提出一种基于声学黑洞效应的船体复合阻波基座，在声学黑洞嵌入基座腹板位置，且多个声学黑洞结构呈至少三条直线排布，任意相邻两条直线上的声学黑洞结构以不同的排布规则周期性布置。可实现高效率振动能量吸收，从而起到减振降噪的目的。但该技术方案未提供声学黑洞相关参数的选取规则，难以适应不同尺寸的基座。
[0004]总之，现有技术存在以下缺点：
[0005](1)现有技术方案在筏架、基座、设备壳体等结构中应用声学黑洞时，声学黑洞的大小、数量、形状等参数无选取依据，为声学黑洞的工程应用造成困难。
[0006](2)现有技术方案在筏架、基座、设备壳体等结构中应用声学黑洞时，需在设计初期考虑，筏架、基座、设备壳体等结构的几何尺寸、材料厚度等参数需要兼顾声学黑洞进行设计。对已经设计或建造完成筏架、基座、设备壳体等结构，如何选取合适的声学黑洞的方案，尚未形成系统化的方法流程。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：声学黑洞大小、剖面形状、阻尼材料尺寸等参数确定尚未形成系统化的方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种声学黑洞结构参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、根据声学黑洞嵌入位置所在区域，计算该区域内可嵌入的最大半径圆R，定义声学黑洞半径比γ＝R0/R，依据声学黑洞半径比γ的取值范围确定声学黑洞半径R0；
[0010]步骤2、确定幂指数m及常数ε，获得声学黑洞厚度函数；
[0011]步骤3、确定声学黑洞尖端截断范围：
[0012]在一定范围内对需声学黑洞进行截断，截断区域边缘的厚度为截断厚度Dn，基于上一步得到的声学黑洞厚度函数计算得到与截断厚度Dn对应的截断区域半径Rn，以截断厚度Dn为高、截断区域半径Rn为半径构建圆柱体替代截断区域，圆柱体材料与截断区域材料相同；
[0013]步骤4、确定阻尼层半径及厚度：
[0014]定义阻尼层半径比定义阻尼层半径比根据阻尼层半径比的取值范围确定阻尼层半径R
d
；
[0015]定义阻尼层厚度比μ＝D
d
/D
n
，根据阻尼层厚度比μ的取值范围确定阻尼层厚度D
d
；
[0016]步骤5、结构强度校核：
[0017]结合原有结构设计载荷，计算嵌入声学黑洞结构的结构强度，如强度不满足要求，则增加声学黑洞截断厚度或降低声学黑洞半径，直到满足强度要求。
[0018]优选地，步骤1中，在基座、筏架或设备壳体嵌入所述声学黑洞。
[0019]优选地，步骤1中，选择结构厚度恒定的、面积较大的平整区域嵌入所述声学黑洞。
[0020]优选地，步骤1中，所述声学黑洞半径比γ取值为40％
‑
80％。
[0021]优选地，步骤2中，幂指数m取2或3。
[0022]优选地，步骤2中，常数ε根据ε＝D/R
0m
计算得到，其中，D表示嵌入声学黑洞的区域的厚度。
[0023]优选地，步骤3中，根据ε＝Dn/Rn
m
计算得到所述截断区域半径Rn。
[0024]优选地，步骤3中，定义声学黑洞截断厚度比λ＝Dn/D，λ取值为5％
‑
10％，且Dn不小于0.5mm
[0025]优选地，步骤4中，所述阻尼层半径比的取值为1
‑
1.5。
[0026]优选地，所述阻尼层厚度比μ的取值为2
‑
3。
[0027]本专利技术与现有技术方案相比，给出了参数选取流程，适用于不同尺寸的筏架结构。本专利技术提出了四个无量纲参数以描述声学黑洞结构的几何尺寸，给出参数选取的建议值，为声学黑洞结构尺寸的选取提供依据。
附图说明
[0028]图1示意了完美的二维声学黑洞结构；
[0029]图2a及图2b示意了声学黑洞半径比，其中，图2b为图2a的A
‑
A向剖视图；
[0030]图3示意了声学黑洞尖端截断范围及参数定义；
[0031]图4示意了截断后以相同材料填充；
[0032]图5示意了确定阻尼层半径及厚度；
[0033]图6a为浮筏系统整体视图；
[0034]图6b为浮筏系统主视图；
[0035]图7示意了筏架有限元模型；
[0036]图8示意了确定声学黑洞大小；
[0037]图9a、图9b、图9c示意了最终形成声学黑洞在筏架结构中的应用方案，其中，图9a为筏架结构有限元模型侧视图，图9b为声学黑洞嵌入位置示意图，图9c为c)筏架结构有限元模型剖视图；
[0038]图10示意了嵌入二维声学黑洞前后浮筏隔振系统振级落差线谱。
具体实施方式
[0039]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术
而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0040]本专利技术公开了一种声学黑洞结构参数的确定方法，具体包括以下步骤：
[0041]步骤1、声学黑洞位置确定
[0042]在基座、筏架、设备壳体等位置嵌入声学黑洞时，首先确定其嵌入位置，应选择结构厚度恒定的、面积较大的平整区域，比如筏架结构的肘板、面板等位置。
[0043]步骤2、声学黑洞半径确定
[0044]如图2a及图2b所示，根据步骤1中确定的区域，计算该区域内可嵌入的最大半径圆R，定义声学黑洞半径比γ＝R0/R，γ取值为40％
‑
80％，R0为声学黑洞半径。
[0045]步骤3、幂指数及常数ε确定
[0046]黑洞结构剖面形状符合函数h(x)＝εx
m
，m≥2，其中幂指数m的取值对其振动吸收能力、结构加工难以均有影响，一般取2或3。进一步可反推处常数ε的取值为ε＝D/R
0m
。
[0047]步骤4、声学黑洞尖端截断范围确定
[0048]声学黑洞中心位置厚度无限接近于0，不利于结构的加工，因此在一定范围内需进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声学黑洞结构参数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据声学黑洞嵌入位置所在区域，计算该区域内可嵌入的最大半径圆R，定义声学黑洞半径比γ＝R0/R，依据声学黑洞半径比γ的取值范围确定声学黑洞半径R0；步骤2、确定幂指数m及常数ε，获得声学黑洞厚度函数；步骤3、确定声学黑洞尖端截断范围：在一定范围内对需声学黑洞进行截断，截断区域边缘的厚度为截断厚度Dn，基于上一步得到的声学黑洞厚度函数计算得到与截断厚度Dn对应的截断区域半径Rn，以截断厚度Dn为高、截断区域半径Rn为半径构建圆柱体替代截断区域，圆柱体材料与截断区域材料相同；步骤4、确定阻尼层半径及厚度：定义阻尼层半径比定义阻尼层半径比根据阻尼层半径比的取值范围确定阻尼层半径R
d
；定义阻尼层厚度比μ＝D
d
/D
n
，根据阻尼层厚度比μ的取值范围确定阻尼层厚度D
d
；步骤5、结构强度校核：结合原有结构设计载荷，计算嵌入声学黑洞结构的结构强度，如强度不满足要求，则增加声学黑洞截断厚度或降低声学黑洞半径，直到满足强度要求。2.如权利要求1所述的一种声学黑洞结构参数的确定方法，其特征在于，步骤1中，在基座、筏架或设备壳体嵌入所述声学黑洞。3.如权利要求2所述的一种声...

【专利技术属性】
技术研发人员：王禹，冯硕秋，王凡超，郑凯，李闯闯，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零八研究所，
类型：发明
国别省市：