[发明专利]基于声学黑洞效应与共振原理的全频带减振结构及方法

说明书

本发明公开了一种基于声学黑洞效应与共振原理的全频带减振结构及方法，包括与均匀梁连接的声学黑洞结构和设在声学黑洞结构上表面的阻尼层元件；在均匀梁上分布有多个阵列分布的通孔，在通孔中设有阻尼共振器；声学黑洞结构包括由上表面为渐缩的弧形面和下表面为水平面构成的弧形板，阻尼共振器包括质量块和布置在质量块外周的阻尼梁，通过调整阻尼梁的厚度，选择减振结构需要衰减的低频段频率。本发明将结构上的弯曲波能量集中到声学黑洞构件上，并利用附着在声学黑洞结构表面的阻尼层实现对中高频弯曲波振动能量的吸收与耗散，将低频振动能量集中到阻尼共振器上，实现对低频弯曲波振动能量的衰减，达到对结构全频段减振降噪的良好效果。

技术领域

本发明涉及结构减振降噪与声振技术领域，特别是涉及一种基于声学黑洞效应与共振原理的全频带减振结构。

背景技术

声学黑洞概念可以类比天体物理学中的黑洞概念，声学黑洞效应通过对梁或薄板结构厚度进行幂律剪裁或者对材料特性进行梯度修改的方式，使弯曲波的相速度和群速度逐渐减小以至于趋近于零，进而实现弯曲波在末端产生弯曲波聚集效应，形成高能量密度区域。通过在声学黑洞尖端高能量区域附加阻尼材料，可以达到很好地能量吸收与减振降噪效果。

因此声学黑洞效应在减振、降噪、波动调控以及能量回收等方面具有广阔的应用前景。在结构的减振降噪过程中,因为声学黑洞结构与材料单一,在实际应用方面具有一定的优势。

理想声学黑洞结构其厚度变化规律服从幂率分布h(x)＝εx^m(其中ε为剖面斜率，m为黑洞阶次)，在理想情况下，声学黑洞结构厚度沿着x减小的方向剪裁至零。

但是，传统的声学黑洞结构，其主要衰减主结构中高频段的振动，对于低频段的减振效果不佳，同时现在主要通过对主结构进行厚度剪裁来实现声学黑洞效应，这会削弱主结构的厚度，降低其刚度和强度，这些会影响实际工程结构的性能。

因此，在结构减振降噪过程中，设计一种可以弥补声学黑洞效应在低频段减振效果不佳，同时不破坏主结构强度的全频带减振装置是非常重要的。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于声学黑洞效应与共振原理的全频带减振结构，通过在均匀梁中间通孔连接阻尼共振器，在均匀梁侧面连接声学黑洞结构，最后将该减振结构敷贴于其他主结构上，在避免降低主结构强度的同时达到较好地全频带减振降噪的目的。

本发明目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种基于声学黑洞效应与共振原理的全频带减振结构，包括均匀梁、与均匀梁连接的声学黑洞结构和设在声学黑洞结构上表面的阻尼层元件；在均匀梁上分布有多个阵列分布的通孔，在通孔中设有阻尼共振器；

所述声学黑洞结构包括由上表面为渐缩的弧形面和下表面为水平面构成的弧形板，厚度大的一端连接均匀梁，厚度小的一端贴附阻尼层元件；

所述阻尼共振器包括质量块和布置在质量块外周的阻尼梁，通过调整阻尼梁的厚度，选择减振结构需要衰减的低频段频率。

作为优选，所述均匀梁为板状长方体，上下表面之间距离相等，均匀梁中间镂空多个长方形通孔，阻尼共振器设置于均匀梁长方形通孔中。

作为优选，所述阻尼共振器质量块为矩形结构，质量块厚度与所述均匀梁厚度相同；阻尼梁为一对矩形框型梁，一对阻尼梁对称布置在质量块两端，阻尼梁两端与均匀梁中间通孔侧壁相连接。

作为优选，在一对阻尼梁相对布置端带有弯折部，且每个阻尼梁的弯折部的弯折方向相同，其中一个弯折部连接质量块，另一个弯折部弯折方向向外；相对布置的阻尼梁弯折部方向相反。

作为优选，所述声学黑洞结构刚性连接于所述均匀梁侧面上；所述声学黑洞结构最大厚度与均匀梁厚度相同。

作为优选，所述声学黑洞结构边缘厚度为其最大厚度的0.05-0.1倍。