[发明专利]非线性结构单元及低频宽带降噪超材料结构

说明书

本发明公开一种非线性结构单元，包括接口模块和振子组合体，接口模块包括接口壳体部和接口封盖部，接口壳体部内设置有接口空腔部；振子组合体设置于接口空腔部内，包括自由活动模块、约束活动模块、第一弹性模块和第二弹性模块。该非线性结构单元能够在不需要增加结构重量的情况下，轻松实现了质量和阻尼双重放大，显著拓宽低频吸波频带，实现了对低频弹性波的拓宽吸收，并提高了超材料结构的可靠性，克服了传统超材料元胞难以实现对低频弹性波宽带吸收的缺陷，同时还具有结构简单、整体刚度大、鲁棒性好、成本低廉的优点。本发明还提出一种低频宽带降噪超材料结构，其包括基本部件和若干如上所述的非线性结构单元。

技术领域

本发明属于高新装备(飞机、轨道列车、大型船舶、智能汽车、新型输变系统、静音空调等)、功能建筑(高速公路、桥梁/隧道、乘候车厅/馆、会议场馆、录音/演播厅、消声室等)减振降噪新材料、新结构领域，特别是涉及一种非线性结构单元及低频宽带降噪超材料结构。

背景技术

声学超材料结构是指由特殊设计的人工声学微结构单元/元胞(如局域共振结构单元、微振子单元，或简称振子)按预定方式排列在弹性介质中构成的新型声学材料或结构，能获得自然界材料不具有的超常物理特性(如负质量密度、负折射、负模量)，可以实现对弹性波和声波的超常操控，使得其在许多领域都具有非常重要的应用价值，如吸波、声换能、声定位/探测、声透镜等方面。

人工声学微结构单元是构造声学超材料的基本单元，其直接影响着声学超材料超常物理性能的发挥。传统设计的人工声学微结构单元主要有薄膜集中质量振子、悬臂梁振子、螺旋迷宫振子、双稳态屈曲结构等几种结构形式，这些人工声学微结构单元在低频段具有较好的吸波性能，但是频带较窄，难以实现宽带吸波，往往需要通过多个结构串联/并联协同设计，或增加结构尺寸/质量来拓宽宽频，这无疑增加了结构的复杂程度、制造成本，并降低了结构的可靠性，同时限制了传统人工声学微结构单元的工应用。

综上所述，本发明提出一种新型的非线性结构单元，以克服传统人工声学微结构单元难以实现宽带吸波的不足。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种非线性结构单元，以解决传统人工声学微结构单元难以实现宽带吸波的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种非线性结构单元，包括：

接口模块，所述接口模块包括接口壳体部和接口封盖部，所述接口壳体部内设置有接口空腔部，所述接口封盖部用于封闭所述接口空腔部；

振子组合体，所述振子组合体设置于所述接口空腔部内，其包括自由活动模块、约束活动模块、第一弹性模块和第二弹性模块；所述约束活动模块具有活动空腔部，用以容纳所述自由活动模块，且所述自由活动模块能够在所述活动空腔部自由活动；所述约束活动模块的一端与所述接口模块之间连接所述第一弹性模块；所述约束活动模块的另一端与所述接口模块之间连接所述第二弹性模块。

可选的，所述接口壳体部为一端开口的带底壳体，所述接口封盖部用于安装在所述带底壳体的开口端；

或者，所述接口壳体部为两端均开口的壳身结构，所述壳身结构的两端开口均安装所述接口封盖部。

可选的，所述接口壳体部为圆柱型壳体或棱柱型壳体；所述接口空腔部的腔壁为圆柱面或棱柱面；所述接口封盖部为圆形盖或矩形盖。

可选的，所述约束活动模块的形状与所述接口空腔部的形状相同；所述活动空腔部的形状为圆柱型或棱柱型。

可选的，所述约束活动模块包括：

第一约束刚体部，所述第一约束刚体部内开设有第一活动半腔；

第二约束刚体部，所述第二约束刚体部与所述第一约束刚体部对接，且所述第二约束刚体部内开设有能够与所述第一活动半腔对接的第二活动半腔；