本发明专利技术公开一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的隔振装置，包括超材料隔振柱、柔性保护筒和限位连接座；超材料隔振柱包括柔性蜂窝夹层和平面隔振阵列，并由柔性保护筒箍紧；限位连接座包括阻尼垫板、刚性板、限位槽和限位导柱；平面隔振阵列包括薄壁多面壳、空心球、散体颗粒群和拉伸弹簧；空心球作为普通局域振子通过拉伸弹簧与薄壁多面壳连接，散体颗粒群置于部分空心球的内部，与空心球共同构成颗粒阻尼局域振子；超材料隔振柱为双振子周期立体形式超材料，可有效实现三维隔振。可有效实现三维隔振。可有效实现三维隔振。
【技术实现步骤摘要】
一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的隔振装置
[0001]本专利技术涉及人工弹性波超构材料
，尤其涉及一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的立体形式超材料隔振装置。
技术介绍
[0002]超材料是一类新兴的具有超常物理性质的人造周期或准周期材料，能够改变电磁波、声波以及弹性波等在介质中的传播特性。当波在超材料中传播时，波与超材料结构相互作用，产生能够抑制波传播的带隙结构。局域共振带隙机制的提出，打破了超材料晶格常数与基体材料参数对带隙频率的限制，为更低频带隙的开启提供了基础。
[0003]颗粒阻尼技术是一种被动减隔振技术，其原理是将颗粒体加入空腔内，利用颗粒之间或颗粒与空腔之间的摩擦碰撞将机械能转化成声能和热能，从而产生阻尼效应，同时颗粒体与部件之间的动量交换也能起到抑制振动的目的，目前该技术已广泛应用于航空航天和机械工程领域。
[0004]目前隔振装置往往仅能实现在水平或竖向上的单一方向隔振，而在实际工程中振动成分往往十分复杂，单一方向隔振越来越难以满足实际工程需求。现有的三维隔振支座通常将水平隔振与竖向隔振解耦，再装配成为完整的隔振装置，从而实现三维隔振。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的立体形式超材料隔振装置，结合超材料局域共振机制和颗粒阻尼器的优点，通过立体形式的超材料在较宽、低频率段内实现水平和竖直方向的三维隔振降噪。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：<br/>[0007]一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的隔振装置，包括超材料隔振柱、柔性保护筒和限位连接座；
[0008]其中，所述超材料隔振柱包括柔性蜂窝夹层和平面隔振阵列；所述柔性蜂窝夹层采用阻尼弹性材料，柔性蜂窝夹层的上、下表面以多边形阵列的形式设有若干个多边形凹槽，整体呈蜂窝状，多边形凹槽之间互不贯通，多边形凹槽深度为所述平面隔振阵列厚度的一半；所述平面隔振阵列之间通过柔性蜂窝夹层连接，所述柔性蜂窝夹层与平面隔振阵列沿平面法线方向依次交替层叠排布，构成超材料隔振柱；
[0009]所述柔性保护筒采用阻尼弹性材料，其内部沿竖直方向贯通，超材料隔振柱安装于所述柔性保护筒内，柔性保护筒的内壁与超材料隔振柱外壁贴合；
[0010]所述柔性保护筒的顶部和底部均安装有限位连接座，所述限位连接座包括阻尼垫板、刚性板、限位槽和限位导柱，所述阻尼垫板和限位槽分别安装于所述刚性板的两个表面，所述限位槽内的刚性板的表面上安装有与所述多边形凹槽相配合的限位导柱；阻尼垫板、限位槽和限位导柱与刚性板之间均为固定连接。
[0011]进一步的，所述平面隔振阵列包括薄壁多面壳、空心球、散体颗粒群和拉伸弹簧；
所述薄壁多面壳为中空壳体结构，其平面投影为正多边形，与多边形凹槽的内廓线形状、大小一致，使所述薄壁多面壳能够嵌入在多边形凹槽中；所述空心球作为普通局域振子置于薄壁多面壳的中心，与薄壁多面壳之间通过多个所述拉伸弹簧连接，所述空心球外侧与薄壁多面壳内侧均设有若干个挂环，用以连接拉伸弹簧；所述散体颗粒群由若干个刚性小球组成，置于部分空心球的内部，与空心球共同构成颗粒阻尼局域振子；含普通局域振子与含颗粒阻尼局域振子的薄壁多面壳在平面内以同心多边形阵列的形式间隔排布，构成平面隔振阵列。
[0012]进一步的，所述平面隔振阵列包括阵列一和阵列二两种同心多边形阵列形式，阵列一中普通局域振子位于奇数圈，颗粒阻尼局域振子位于偶数圈，阵列二中普通局域振子位于偶数圈，颗粒阻尼局域振子位于奇数圈，两种阵列沿竖直方向间隔排布，构成水平和竖向均为双振子周期的立体形式超材料结构。
[0013]进一步的，所述薄壁多面壳中间部分为空心棱柱，上、下部分为中空棱台，若干个所述薄壁多面壳紧密排列时结构稳固，具有高承载能力，同时中空棱台部分能够在竖向荷载下产生弹性形变，利于竖向隔振。
[0014]进一步的，所述空心球由上、下两个拉伸弹簧连接，拉伸弹簧均处于预拉伸状态，并具有足够的预拉伸量和剩余行程，使拉伸弹簧在空心球振动时始终处于受拉状态；当所述空心球质心偏离薄壁多面壳中心时，拉伸弹簧发生拉伸和转动，在各个方向为空心球提供恢复力，实现多向局域共振。
[0015]进一步的，所述超材料隔振柱为双振子周期的立体形式超材料结构，所述超材料隔振柱在水平和竖直方向均具有局域共振带隙与Bragg散射带隙，水平和竖直方向的振动在带隙内无法传播，通带内各方向的振动被散体颗粒群的颗粒摩擦碰撞阻尼所耗散，实现同时具有局域共振与颗粒阻尼特性的三维隔振。
[0016]进一步的，所述超材料隔振柱在水平荷载下能够发生层间剪切变形，对水平方向振动能量进行耗散，实现水平方向的隔振。
[0017]进一步的，所述限位连接座的限位槽与相邻限位导柱卡紧柔性保护筒的端部，限位导柱全部嵌入柔性蜂窝夹层中对应的多边形凹槽中，实现对超材料隔振柱的支撑和限位。
[0018]进一步的，该隔振装置能够在600～900Hz频段和1200Hz以上频段的横、竖向振动实现隔振
[0019]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：
[0020]1.本专利技术中的空心球和散体颗粒群共同组成颗粒阻尼局域振子，使局域共振机制与颗粒阻尼机制协同作用，既能提供局域共振带隙拓宽隔振频段，同时颗粒阻尼对通带和带隙中的振动均有良好的耗散效果，能够提升隔振效果。
[0021]2.本专利技术中的普通局域振子与颗粒阻尼局域振子在横、竖向均为间隔排列，使超材料隔振柱在横、竖向均为双振子周期，扩大了装置在横、竖向振动下的带隙范围，使三维隔振效果更显著。
[0022]3.本专利技术中的空心球与薄壁多面壳之间通过拉伸弹簧连接，拉伸弹簧与挂环之间可视为铰接，使空心球可沿各个方向进行振动，实现多向局域共振，使超材料隔振柱在竖向和横向均具有局域共振带隙，提升三维隔振效果。
[0023]4.本专利技术中的立体形式超材料隔振装置，其结构本身沿竖向分层，在水平荷载下能够产生剪切变形，柔性蜂窝夹层以及柔性保护筒均为高阻尼弹性材料，有利于横向振动能量的耗散。
[0024]5.本专利技术中的立体形式超材料隔振装置，无需将竖向和水平隔振装置解耦后再进行连接，其依靠自身立体形式结构和颗粒阻尼局域振子的合理设置进行三维隔振，结构更加简单紧凑，可靠性更高。
[0025]6.本专利技术中的立体形式超材料隔振装置，大量采用中空结构，更加轻量化，并且其结构灵活，便于安装调试，可根据实际需求通过改变结构的横、竖向周期数量获得理想隔振效果。
[0026]7.限位连接座的限位槽与相邻限位导柱卡紧柔性保护筒的端部，限位导柱全部嵌入柔性蜂窝夹层中对应的多边形凹槽中，实现对超材料隔振柱的支撑和限位。
[0027]8.超材料隔振柱在水平荷载下可发生层间剪切变形，对水平方向振动能量进行耗散，实现水平方向的隔振，柔性保护筒可避免其整体发生过大变形。
[0028]9.本专利技术同时具有局域共振特性本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的隔振装置，其特征在于，包括超材料隔振柱、柔性保护筒和限位连接座；其中，所述超材料隔振柱包括柔性蜂窝夹层和平面隔振阵列；所述柔性蜂窝夹层采用阻尼弹性材料，柔性蜂窝夹层的上、下表面以多边形阵列的形式设有若干个多边形凹槽，整体呈蜂窝状，多边形凹槽之间互不贯通，多边形凹槽深度为所述平面隔振阵列厚度的一半；所述平面隔振阵列之间通过柔性蜂窝夹层连接，所述柔性蜂窝夹层与平面隔振阵列沿平面法线方向依次交替层叠排布，构成超材料隔振柱；所述柔性保护筒采用阻尼弹性材料，其内部沿竖直方向贯通，超材料隔振柱安装于所述柔性保护筒内，柔性保护筒的内壁与超材料隔振柱外壁贴合；所述柔性保护筒的顶部和底部均安装有限位连接座，所述限位连接座包括阻尼垫板、刚性板、限位槽和限位导柱，所述阻尼垫板和限位槽分别安装于所述刚性板的两个表面，所述限位槽内的刚性板的表面上安装有与所述多边形凹槽相配合的限位导柱；阻尼垫板、限位槽和限位导柱与刚性板之间均为固定连接。2.根据权利要求1所述一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的隔振装置，其特征在于，所述平面隔振阵列包括薄壁多面壳、空心球、散体颗粒群和拉伸弹簧；所述薄壁多面壳为中空壳体结构，其平面投影为正多边形，与多边形凹槽的内廓线形状、大小一致，使所述薄壁多面壳能够嵌入在多边形凹槽中；所述空心球作为普通局域振子置于薄壁多面壳的中心，与薄壁多面壳之间通过多个所述拉伸弹簧连接，所述空心球外侧与薄壁多面壳内侧均设有若干个挂环，用以连接拉伸弹簧；所述散体颗粒群由若干个刚性小球组成，置于部分空心球的内部，与空心球共同构成颗粒阻尼局域振子；含普通局域振子与含颗粒阻尼局域振子的薄壁多面壳在平面内以同心多边形阵列的形式间隔排布，构成平面隔振阵列。3.根据权利要求1或2所述一种同时具有局域共振特性与颗粒阻尼特性的隔振装置，其特征在于，所述平面隔振阵列包括阵列一和阵列二两种同心多边形阵列形式，阵列一中普通局域振子位于奇数圈，颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泰来，王毅泽，汪越胜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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