[发明专利]一种产生弯曲与轴向耦合振动带隙的周期梁

说明书

本发明公开了一种产生弯曲与轴向耦合振动带隙的周期梁，所述周期梁由多个相同的三折线梁在同一平面内首尾连接而成，所述三折线梁由首、中、末三段直线段梁在同一平面内首尾连接而成，其中，该三折线梁的首、末段平行且等长，中间段长度为首、末段长度的两倍，相邻的三折线梁的首、尾段连接成直线段。本发明通过将常规材料构成的直梁进行特定形状的周期性组合连接形成的周期梁，可以在特定频率范围内产生弯曲与轴向耦合振动带隙，从而实现在特定范围内对周期梁整体所在平面延伸方向上弯曲振动和轴向振动的共同控制与消除，构造简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及振动控制领域，尤其涉及一种产生弯曲与轴向耦合振动带隙的周期梁。

背景技术

振动对建筑结构、机械设备等的危害包括降低设备性能、缩短寿命、造成结构破坏等。至今人们仍在不断探索如何更有效的消除和控制有害振动。一般来说，要消除或减小振动，可以控制和减小振源的能量输出及频率范围，或改变和减少振动的传播途径，亦或改变受振动物体的动力特性。目前应用较多的减振和隔振技术，即分别针对振源和传播途径进行。这些技术一般依赖特别构造的阻尼器、隔振器、减振器等。但这些技术，由于大多不能精确针对实际需要控制的振动频率范围，其减振或隔振较为分散，效果并不理想。

近年来，声子晶体概念的出现为精确消除特定频率范围振动展现了新的策略。声子晶体是类比晶体、光子晶体提出的概念。它在宏观结构上具有类似晶体的周期性。特定的材料或几何的周期性排列，使弹性波或振动在其中传播的频散关系中在特定频率范围发生断裂，即出现了所谓的弹性波带隙或振动带隙。这意味着相应的弹性波或振动无法存在于该声子晶体中，理论上可实现带隙频率范围内振动的完美消除。

梁结构是极为重要的承载构件，在建筑结构、机械设备中均有普遍应用。梁可传递轴力、剪力、弯矩，故梁受到激励发生振动时，振动将以轴向振动、弯曲振动、扭转振动等的形式在其中传播，进而使振动波及与其相连的各处发生不同形式的振动甚至损坏。因此，若能利用声子晶体概念，使梁隔离激励的作用，将可极大减小结构、设备受振动发生破坏、缩短寿命、性能降低等危害。可实现对承载与消除振动的兼顾。

但对于梁而言，其中可传播的振动包括弯曲振动、轴向振动、扭转振动等，且一般声子晶体梁的弯曲振动带隙、轴向振动带隙、扭转振动带隙并不相关联。尤其是对梁影响最大的弯曲振动和轴向振动，相应的弯曲振动带隙与轴向振动带隙，频率范围相差很大，难以同时发挥作用。故一般声子晶体梁很难实现较好的实际减振效果。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种通过产生弯曲与轴向耦合振动带隙，从而实现弯曲振动和轴向振动同时消除的周期梁。

技术方案：本发明所述的一种产生弯曲与轴向耦合振动带隙的周期梁，所述周期梁由多个相同的三折线梁在同一平面内首尾连接而成，所述三折线梁由首、中、末三段直线段梁在同一平面内首尾连接而成(类似Z形或者倒Z形)，其中，该三折线梁的首、末段平行且等长，中间段长度为首、末段长度的两倍，相邻的三折线梁的首、尾段连接成直线段。上述直线段梁在连接时的长度损耗误差忽略不计，所形成的周期梁以一个三折线梁为一周期，轴向延伸，周期数越多，其产生带隙效果越好。

进一步的，所述三折线梁的首尾端距离(即周期梁一周期的长度)为0.0001～5m。

进一步的，所述三折线梁的折点到首尾端连接线的距离比首尾端距离(即该周期梁的半高度比周期长度)为0.02～5:1。

进一步的，所述三折线梁的截面形状为圆形、矩形、圆环形和框形中的一种。

进一步的，所述三折线梁一体成型或者由直线段梁刚性连接而成，所述周期梁一体成型或者由三折线梁刚性连接而成，可以根据实际生产和后续安装的需要选择不同的形式。

进一步的，上述刚性连接为螺栓连接、焊接和粘结剂连接中的一种或多种。