[发明专利]一种基于双周期禁带特性的低频宽频抑振结构

说明书

本发明涉及一种基于双周期禁带特性的低频宽频抑振结构，属于机械振动与噪声控制领域，特别是航空、航天与船舶振动噪声控制技术领域。抑振结构由相同胞元周期复合而成，其中单个胞元包含四层结构，由下而上依次为匀质贴附层、周期夹芯层、匀质约束层和匀质表面层。所述结构单个胞元的周期夹芯层由A、B两种材质的材料组成，在A材质与B材质构成的夹芯层中心分别开设通孔，一个通孔内分别安装有一个局域共振单元且局域共振单元由上下两个弹簧元件与中间的质量元件连接组成，其中两个弹簧元件分别与下侧的匀质贴附层和上侧的匀质约束层连接。本发明所提供的周期抑振结构可在低频宽频范围内产生抑振效果，有助于解决现有抑振技术在低频抑振效果差的难题。

技术领域

本发明涉及一种基于双周期禁带特性的低频宽频抑振结构，属于机械振动与噪声控制领域，特别是航空、航天与船舶振动噪声控制技术领域。

背景技术

机械结构在受到激励后会产生振动，这是一种普遍的物理现象。虽然振动可以为人类所利用并带来经济效益，但在很多情况下，振动会造成严重危害。在航空领域，降低结构的振动进而降低舱内噪声可以提高乘客的乘坐舒适性。在航天领域，火箭或导弹在发射或工作状态时的巨大外载荷会引起结构的强烈振动，有效地减少结构振动可以提高火箭的工作安全性与导弹的制导精确性。此外，在船舶工程领域，降低水下航行器的结构振动，控制机械波在结构中的传播并进而降低航行器的噪声辐射，可降低被敌方声呐探测到的概率并实现良好的隐身性能，对提升海上国防实力大有裨益。因此，在航空、航天和船舶等各个领域，振动控制早已成为一项十分重要的技术问题。

针对各个工程领域中的结构振动问题，逐渐形成了一些较为成熟的隔振、吸振、阻尼减振等控制结构振动的传统技术与方法，在中高频获得了良好的抑振效果。然而传统的振动控制技术在低频抑振效果欠佳。虽然有源抑振技术可在一定程度上解决低频线谱振动控制问题，然而目前对于低频宽频振动却无能为力。因此，如何控制结构在低频宽频范围内的振动已逐渐成为振动控制领域的关键问题。

周期结构由相同的单元周期复合而成，其周期性分布使结构呈现出带隙滤波特性，即在带隙频率范围外的弹性波可以正常传播，而带隙频率范围内的弹性波则无法自由传播，受到抑制作用。因此，周期结构的带隙特性可以为振动控制提供一种新的方法与思路。通过合理设计周期结构的胞元参数，可将带隙调控在低频范围内，进而可利用周期结构解决低频振动控制的难题。周期结构的带隙机理一般可分为布拉格散射型和局域共振型，其中布拉格散射型的带隙频率所对应的波长与晶格常数处于同一量级，而局域共振型的带隙频率所对应的波长可大于晶格常数。因此可以设计将两种带隙机理进行组合的双周期结构，将布拉格散射型周期结构的带隙频率范围与局域共振型周期结构的带隙频率范围调节在低频的不同频段内，则可获得低频宽频带隙，进而可控制结构在低频宽频范围内的振动，解决低频宽频振动控制难题。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种用于在低频宽频范围内降低工程领域弹性结构振动的抑振结构，主要采用在被抑振结构上敷设周期夹芯及周期局域共振单元双周期结构来达到减振降噪的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于双周期禁带特性的低频宽频抑振结构，由相同胞元周期复合而成，其中单个胞元包含四层结构，由下而上依次为匀质贴附层、周期夹芯层、匀质约束层和匀质表面层。所述结构单个胞元的周期夹芯层由A、B两种材质的材料组成，在A材质与B材质构成的夹芯层中心分别开设通孔，一个通孔内分别安装有一个局域共振单元。该局域共振单元由上下两个弹簧元件与中间的质量元件连接组成，其中两个弹簧元件分别与下侧的匀质贴附层和上侧的匀质约束层连接。

所述基于双周期禁带特性的低频宽频抑振结构，匀质贴附层、周期夹芯层和匀质表面层的材料为粘弹性阻尼材料，而匀质约束层的材料为弹性金属材料。

所述基于双周期禁带特性的低频宽频抑振结构，周期夹芯层中夹芯层A与夹芯层B沿周期方向选用不同的长度尺寸，且分别位于夹芯层A与夹芯层B通孔内的两个局域共振单元的共振频率设定为不同的频率。