[发明专利]一种具有主动调控功能的准零刚弹性波超材料隔振装置

说明书

本发明公开一种具有主动调控功能的准零刚弹性波超材料隔振装置，其特征在于，包括隔振台、质量块连杆机构和负容电路；所述质量块连杆机构由依次交替连接的大质量块和小质量块组成，所述大质量块和小质量块上均设有四个贯通的连接孔，所述连接孔内安装有铰接轴，相邻的一个大质量块和一个小质量块的同侧之间通过两个交叉布置的连杆铰接；连接大质量块和小质量块的最外侧的连杆上均设置有压电片，每个压电片均与负电容电路连接。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超构材料技术领域，尤其涉及主动调控低频弯曲波的准零刚超材料装置。

背景技术

近年来，弹性波超材料逐渐成为一个热门的科学研究方向，国内外诸多领域的学者均对其展开了深入的研究，并且取得了许多具有实际应用价值的成果，实现了相关领域的一些工程装备。其中有一类材料常数呈周期变化、具有弹性波带隙特性的人造周期结构的弹性波超材料，被称之为声子晶体。当某一弹性波的频率处于此类弹性波超材料的带隙范围之内时，则该特定频率弹性波将无法在上述结构中传播，从而实现了对该特定频率弹性波的隔离。由于此类弹性波超材料具有如此的特性，因此可以应用于隔振以及降噪等方面，在工程技术领域的前景十分广阔。例如，可以将此类特性应用于高精度实验仪器的减振以及航空航天、国防军工等领域的隔振降噪方面。但是，由于此类材料与结构自身的局限性，其并不能直接广泛地应用于各类实际工程问题之中。这是因为此类系统由于结构的不同，所产生的频率禁带范围不同。在面对实际工程中复杂且范围较宽的振动频率，并不能方便调节。

同时，在低频范围内的隔振问题同样也是当前研究现状中需要攻克的难点。准零刚弹性波超材料是一种近年来实现低频带隙的设计方法。通过采用准零刚度的周期结构形式，使得其中准零刚振子可以具有高静态低动态的刚度特性，将振子周期性排布，便可型成新型弹性波超材料。例如，采用正负弹簧并联结构从而获得较低的整体系统刚度，进而降低整体的固有频率，实现在低频甚至超低频范围内弹性波与振动的隔离。

因此，目前此领域研究的重点是在实现能够主动控制声子晶体与弹性波超材料禁带范围的基础上，同时实现低频弹性波的隔离问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有主动调控功能的准零刚弹性波超材料隔振装置。本发明通过参考一种直线型设计，在原结构通带范围内，通过在弹性波超材料中引入负电容电路的压电片，给电路通电，使质量块连杆机构中某几处的等效弹性模量发生变化，这样可以使质量块连杆机构通带中一定频率下的弯曲波被禁止传播，在其中以附加压电片的方式改变局部弹性模量来实现主动控制。并且采用有限元数值计算以及实验方法，研究了压电片通电前后特定频率范围内弹性波在其中传播时的具体特性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有主动调控功能的准零刚弹性波超材料隔振装置，包括质量块连杆机构和负容电路；所述质量块连杆机构由依次交替连接的大质量块和小质量块组成，所述大质量块和小质量块上均设有四个贯通的连接孔，所述连接孔内安装有铰接轴，相邻的一个大质量块和一个小质量块的同侧之间通过两个交叉布置的连杆铰接；连接大质量块和小质量块的最外侧的连杆上均设置有压电片，每个压电片均与负电容电路连接。

进一步的，所述大质量块和小质量块均由白色的光敏树脂材料构成。

进一步的，所述压电片为PZT-5H矩形压电片，固有弹性模量为77.5GPa，并且能够通过外接电路调节。

进一步的，本隔振装置在未通电情况下，禁带范围为350Hz-800Hz、1460Hz-2530Hz；当调节负电容电路控制压电片的等效弹性模量为110GPa时，此时禁带范围为300Hz-1000Hz、1150Hz-2400Hz。