【技术实现步骤摘要】
一种具有减振特性的点阵夹层板结构
[0001]本专利技术属于振动控制
，具体涉及一种具有减振特性的点阵夹层板结构。
技术介绍
[0002]有效的减振技术是振动工程领域抑制有害振动的重要手段。近年来，具有低频弹性波带隙特性的局域共振型声学超材料的出现为振动抑制提供了一种新的技术方法。局域共振型声学超材料是通过微结构的设计实现常规材料所不具备的特殊物理性质，例如：负有效质量特性、负模量特性等；其微结构的构造方式通常为在某一弹性基体中周期性嵌入局域共振单元，该局域共振单元由材料参数或结构参数不同的两种结构组成；由微结构经周期或非周期扩展形成宏观结构，当弹性波在其中传播时，受到谐振微结构的影响，某一特定频率段的波动能量被削弱，产生低频弹性波带隙，该带隙被称为局域共振型带隙，振动在该带隙对应的频率范围内被严重衰减。由于带隙的产生主导于单个微结构胞元的共振特性，因此可以实现采用小尺寸结构实现低频减振。基于局域共振型声学超材料设计减振结构是一种有效的低频振动抑制措施。
[0003]轻量化夹层结构由于其优异的静力承载性能被广泛应用于航空航天、车辆船舶及建筑工程等领域，Kagome点阵结构是一种较为经典的点阵结构构型，具有优异的抗塑性屈曲能力。以Kagome点阵为芯层的点阵夹层板结构具备成为多功能结构的可能。目前工程中对具有承载能力的板状结构的减振功能有了越来越多的需求，由于点阵结构的构型复杂，超材料性能的实现又需要极高的精度，因此难以制备，所以结构承载与低频宽带隙减振多功能一体化设计困难。
技术实现思路
>[0004]本专利技术提供了一种具有减振特性的点阵夹层板结构，该夹层板结构除了具有常规夹层结构的特点之外，还可以通过周期布置的局域共振结构单元对弹性波进行低频及宽频段的抑制，使夹层板具备高效的减振性能。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有减振特性的夹层板结构，由具有局域共振特性的点阵夹层单元沿二维方向周期性扩展构成；所述点阵夹层单元包括：上面板、下面板、双金字塔Kagome点阵、凸起和金属圆柱；所述上面板与下面板通过双金字塔Kagome点阵连接，双金字塔Kagome点阵由四根交叉圆杆组成；所述凸起位于上下面板的中心处且为圆柱形；所述金属圆柱与凸起连接，半径与凸起相同；所述上面板和下面板为对称结构，具有相同的结构特征；所述上面板和下面板采用开槽设计，开槽后形成10根以36
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圆周阵列的弹性梁；所述凸起与金属圆柱组合的高度应使金属圆柱与Kagome点阵保持一定距离，以保证金属圆柱在振动时不受影响；所述凸起与面板的材料属性相同或凸起采用橡胶等软材料。
[0006]有益效果：本专利技术提供了一种具有减振特性的点阵夹层板结构，与现有技术相比，本专利技术具有以下效果：1、本专利技术提供的具有减振特性的点阵夹层板结构包括弹性梁、凸起与金属圆柱组成的局域共振单元，结构在受到振动扰动时，由于局域共振单元的存在，输入该夹层板结构的某频段的能量会发生衰减，该频段即为弹性波带隙，通过局域共振单元的设计可以实现针对某频段的振动抑制；2、本专利技术中的弹性梁、凸起与金属圆柱的结构及材料参数改变能够改变带隙的频率范围，进而可以调控夹层板结构的振动衰减频带，实现低频及宽频的振动抑制；3、本专利技术中的点阵夹层单元由两个开槽薄面板、双金字塔Kagome杆系点阵及谐振子组成，其特点在于谐振微结构的实现是通过在面板上开槽并在弹性短梁中心处附加钢圆柱，可以有效降低结构的减振频率；4、本专利技术相较于传统的具有局域共振带隙的板结构，采用点阵结构作为芯层，将局域共振型超材料与具有轻质高强特点的Kagome点阵夹层结构结合，具有减振特性的同时，有效提高了其承载能力，设计出具有承载与低频减振特性的点阵夹层超结构，实现工程中具有承载需求的板状结构减振。
附图说明
[0007]图1为本专利技术实施例中具有减振特性的点阵夹层板结构整体示意图；图2为本专利技术实施例中点阵夹层单元示意图；图3为本专利技术实施例中传递损失与频率相关曲线图；图中，1、开槽薄面板，2、弹性梁，3、凸起，4、金属圆柱，5、双金字塔Kagome杆系点阵。
具体实施方式
[0008]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明：如图1所示，一种基于声学超材料设计具有减振特性的点阵夹层板结构，具有局域共振特性的点阵夹层单元沿着二维方向周期性扩展构成，如图2所示，所述点阵夹层单元由开槽薄面板1，弹性梁2，凸起3，金属圆柱4和双金字塔Kagome杆系点阵5组成；上下两个开槽薄面板1通过双金字塔Kagome杆系点阵5连接，双金字塔Kagome杆系点阵5由四根交叉圆杆组成；凸起3位于开槽薄面板1的中心处且为圆柱形；金属圆柱4与凸起3连接，半径与凸起相同；上下两个开槽薄面板1为对称结构，具有相同的结构特征；均采用开槽设计，开槽后形成10根以36
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圆周阵列的弹性梁；凸起3与金属圆柱4组合的高度应使金属圆柱4与双金字塔Kagome杆系点阵5保持一定距离；该点阵夹层板结构可根据工程实际调整单元的数目、结构尺寸及材料参数，单元数目增加会使振动衰减更剧烈，开槽面板厚度减小、金属圆柱高度与直径减小或材料弹性模量降低会导致振动衰减的频率降低，反之则会使衰减频率提高。
[0009]下面限定点阵夹层单元结构尺寸及材料参数，所述胞元面板厚度为2mm，边长为40mm，面板开槽设计的圆周直径为25mm，弹性梁宽度为1.5mm，凸起高度为4mm，半径为4mm，Kagome杆系点阵中的杆半径为1.5mm，每根杆和面板的接触面中心距离面板边的距离为5mm，材料均为环氧树脂，弹性模量为1.4GPa，密度为1150Kg/m3，泊松比为0.4，金属圆柱形
振子高度为8mm，半径为4mm，材料为钢，弹性模量为205GPa，密度为7850 Kg/m3，泊松比为0.28。
[0010]上述具有减振特性的点阵夹层板结构按下述步骤装配：1、采用Solidworks建模软件建立上面板连同凸起、下面板与凸起连同双金字塔Kagome杆系点阵模型；2、采用3D打印技术制备上述结构模型；3、采用AB胶将金属圆柱粘接在凸起上，保持金属圆柱与凸起对齐；4、采用AB胶将上面板与Kagome杆系点阵粘接，并保持上面板与下面板对齐，完成该点阵夹层板结构的制备。
[0011]如图1所示，以6
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10个胞元组成的整体结构为例，采用扫频试验方法测试该结构的振动传递特性，试验测试频率范围为0～2000 Hz，采样频率间隔为10 Hz；采用加速度传感器采集振动输入端及输出端的加速度响应信号，计算振动传递函数，传递函数的表达式为；试验得到的振动传递曲线如图3右图所示，在500Hz～970Hz频率范围内（图中阴影区域），振动传递率有明显的下降，代表在该频段内振动得到有效衰减，实现了利用该夹层板结构减振的效果，振动衰减产生的原因为局域共振，金属圆柱、凸起及弹性梁组成的谐振子在受到与其固有频率相近的振动激励时，谐振子的振动消耗了板中传播的弹性波的能量，导致夹层板在频段内的减振；有限元仿本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有减振特性的夹层板结构，其特征在于，所述夹层板结构由具有局域共振特性的点阵夹层单元沿二维方向周期性扩展构成；所述点阵夹层单元包括：上面板、下面板、双金字塔Kagome点阵、凸起和金属圆柱；所述上面板与下面板通过双金字塔Kagome点阵连接，所述凸起位于上下面板的中心处；所述金属圆柱与凸起连接，半径与凸起相同。2.根据权利要求1所述的具有减振特性的夹层板结构，其特征在于，所述双金字塔Kagome点阵由四根交叉圆杆组成。3.根据权利要求1所述的具有减振特性的夹层板结构，其特征在于，所述上面板和下面板为对称结构。4.根据权利要求1或3所述的具有减振特性的夹层板结构，其特征在于，所述上面板和下面板采用开槽设计，开槽后形成10根以36
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圆周阵列的弹性梁。5.根据权利要求1所述的具有减振特性的夹层板结构，其特征在于，所述凸起与金属圆柱组合的高度使金属圆柱与Kagome点阵保持距离，使金属圆柱在振动时不受影响。6.根据权利要求1所述的具有减振特性的夹层板结构，...
【专利技术属性】
技术研发人员：安西月，孙国庆，袁新烽，侯煊煊，范华林，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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