[发明专利]禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置

说明书

本发明公开一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，包括局域共振单元和刚性散体颗粒；所述局域共振单元由基体梁、竖向杆件、质量块组成；所述基体梁侧面等间距的挖设有若干槽孔；每个槽孔上方的基体梁通过所述竖向杆件与所述质量块连接，所述质量块内设有凹槽，所述凹槽和槽孔内均放置有所述刚性散体颗粒的空间，每个槽孔通过玻璃胶实现封闭，利用刚性散体颗粒之间构成的颗粒阻尼效应，改善超材料中隔振降噪的频率区间。

技术领域

本发明属于工程隔振降噪技术领域，尤其涉及一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置。

背景技术

近年来，声子晶体因其在结构隔振降噪领域巨大的潜在应用价值而得到了科研人员的广泛关注，其带隙特性研究已成为工程振动控制领域的前沿基础性问题之一。声子晶体是由两种或两种以上介质组成的具有弹性波带隙特性的周期性复合材料或结构。某些频率范围内的弹性波无法在其中传播，相应的频率范围称为带隙，也可称为禁带，在带隙或禁带的频率范围内，振动与波动无法传播。其他频率范围称为通带，在通带的频率范围内，振动与波动可以传播。带隙的形成机理有两种，即Bragg散射机理和局域共振机理，相应的带隙称为Bragg带隙和局域共振带隙。

由于Bragg带隙受到Bragg条件的限制，只有当该型声子晶体晶格尺寸与弹性波半波长相当时才会出现Bragg带隙，因此在低频率的隔振降噪效果受到了限制。针对低频隔振降噪领域，主要采用局域共振带隙机理进行研究，可应用于机械工程、土木工程、航空航天等隔振降噪领域中，具有很好的工程意义与实际效益。

2000年，Liu等首次发现并制备了局域共振型声子晶体，由于局域共振超材料采用特殊的结构单元设计，使其在常规介质中具有一些超常物理特性，如负折射、负质量密度等。并且，其在低频段具有振动与波动禁带，在该禁带频率范围内将振动与波动传播，为低频率段的隔振降噪研究提供了新的方向。

在低频段，依靠局域共振机理可以实现一定程度上的隔振降噪效果，但是依然不能满足高精度、高要求的工程需要。而在较高频段的振动将会对高精度电子仪器等产生较大扰动，会在一定程度上对数据采集质量与仪器寿命造成影响。为满足较好的隔振降噪需要，以往的隔振装置多为吸收振动的柔性连接，而这样的连接方式不能满足较高支撑强度下的隔振问题。且在机械工程、土木工程、航空航天等隔振降噪领域中，需要面对各种频段的振动保持较好的隔振效果，仅依靠超材料中的局域共振原理不能完全满足该要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，可以依靠颗粒阻尼效应，对超材料中局域共振隔振降噪问题进行改进。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种禁带和颗粒阻尼协同作用的局域共振非线性超材料装置，包括局域共振单元和刚性散体颗粒；所述局域共振单元由基体梁、竖向杆件、质量块组成；所述基体梁侧面等间距的挖设有若干槽孔；每个槽孔上方的基体梁通过所述竖向杆件与所述质量块连接，所述质量块内设有凹槽，所述凹槽和槽孔内均放置有所述刚性散体颗粒的空间，每个槽孔通过玻璃胶实现封闭，利用刚性散体颗粒之间构成的颗粒阻尼效应，改善超材料中隔振降噪的频率区间。

进一步的，利用基体梁和局域共振单元，建立局域共振的动力学模型从而实现振动与波动的带隙特性，抑制在带隙频率范围内的弯曲振动。

进一步的，球状刚性散体颗粒直径为1mm，材质为304不锈钢，填充在槽孔和凹槽内的刚性散体颗粒占所处空间的1/2～3/4。

进一步的，在竖向杆件与基体梁之间以及在竖向杆件与质量块之间进行倒圆角处理，倒圆角半径为0.5mm。

进一步的，利用3D打印技术打印局域共振非线性超材料装置。

进一步的，在一维的局域共振单元的基础上，通过各个局域共振单元的相互叠加或拼接，实现二维或三维的局域共振非线性超材料装置的构建。