[发明专利]一种超低频扭转减振超材料

说明书

本发明公开了一种超低频扭转减振超材料，包括多个元胞，所述多个元胞沿轴线方向等间距的排列，所述元胞包括环状的外壳、第一瓦型永磁铁组、第二瓦型永磁铁组、柔性杆、共振质量块以及片簧组，所述第一瓦型永磁铁组包括多个外圈瓦型永磁铁，所述外圈瓦型永磁铁沿外壳的周向分别并与外壳的内侧壁连接，所述第二瓦型永磁铁组包括多个内圈瓦型永磁铁，所述内圈瓦型永磁铁圆周的嵌入共振质量块内，所述第一瓦型永磁铁组与第二瓦型永磁铁组的永磁铁分别两两构成一对磁极对，所述共振质量块安装于柔性杆上，且共振质量块通过片簧组与外壳连接。本发明能够实现超低的局域共振带隙，从而实现对低频超低频扭转振动的抑制和衰减。

技术领域

本发明属于减振超材料领域，具体公开了一种超低频扭转减振超材料。

技术背景

传统的减振技术发展已经较为成熟，随着超材料技术的不断发展，新的振动抑制和消除手段不断涌现。减振超材料的减振机理是通过其带隙特征实现的，在带隙频带范围内，机械波的传递将被吸收和阻断，从而实现减振作用。带隙的形成机制包括了布拉格散射机理和局域共振机理，布拉格散射形成的带隙与单胞尺寸密切相关，且其波长的抑制与其单胞尺度在一个数量级，因此如果通过布拉格散射来获得低频带隙，将导致异常庞大的晶格尺寸，因此在实际中受到了巨大的局限。而通过局域共振获得低频带隙，其带隙频率与元胞共振的频率基本一致，这为低频减振提供了良好的思路和途径。虽然大量的声学减振超材料被提出，但由于其带隙频率都在数百赫兹，甚至在数千赫兹，显然并不适用于低频超低频减振。专利CN105882022 B提出了一种低频减振超材料复合阻尼板，其原理也是通过在复合阻尼板中布置大量的局域共振元胞，通过局域共振元胞的共振质量发生共振，并且粘弹性薄膜阻尼层将振动能耗散，从而实现振动的衰减。但是受限于中间层刚度的制约，局域共振元胞的低固有频率很难实现。因此对于低频、超低频的振动衰减依然十分困难。同时，实现减振超材料的低频超低频带隙和超低频减振依然是减振超材料公认和急需解决的难题。

发明内容

本发明为了解决目前低频减振超材料的不足之处，提供了一种超低频扭转减振超材料，该扭转减振超材料其元胞采用正负刚度并联的原理，使得局域共振元胞具有极低的固有频率，从而实现超低的局域共振带隙，从而实现对低频超低频扭转振动的抑制和衰减。其具体技术方案如下：

一种超低频扭转减振超材料，包括多个元胞，所述多个元胞沿轴线方向等间距的排列，所述元胞包括环状的外壳、第一瓦型永磁铁组、第二瓦型永磁铁组、柔性杆、共振质量块以及片簧组，所述第一瓦型永磁铁组包括多个外圈瓦型永磁铁，所述外圈瓦型永磁铁沿外壳的周向分布并与外壳的内侧壁连接，所述第二瓦型永磁铁组包括多个内圈瓦型永磁铁，所述内圈瓦型永磁铁圆周地嵌入共振质量块内，所述第一瓦型永磁铁组与第二瓦型永磁铁组的永磁铁分别两两构成一对磁极对，所述共振质量块安装于柔性杆上，且共振质量块通过片簧组与外壳连接。

进一步的，所述片簧组包括至少两片片簧，所述片簧沿共振质量块等间距圆周分布。

进一步的，所述外圈瓦型永磁铁的数量为4个，所述内圈瓦型永磁铁的数量为4个。

进一步的，所述外圈瓦型永磁铁的磁化方向沿外壳的径向指向圆心；所述内圈瓦型永磁铁的磁化方向沿共振质量块的径向背离圆心。

进一步的，所述磁极对的磁化方向互斥。

进一步的，所述磁极对所包含的两个永磁铁的中心线位于同一径向方向上。

进一步的，所述柔性杆的数量为两根，两根柔性杆沿共振质量块的垂向中心线对称分布。

进一步的，所述柔性杆的数量为四根，四根柔性杆呈正方形排列且该正方形的中心点与共振质量块的垂向中心线共线。

有益效果：在本发明中每一对磁极对互相排斥，在磁极对圆周的切线方向形成负刚度特性，每一个磁极对与各个片簧之间都是并联关系，从而使得扭转振子呈现超低刚度状态，从而使得元胞呈现极低的固有频率，因此可以实现扭转减振超材料的超低频带隙，从而实现对低频超低频扭转振动的有效衰减。