[发明专利]一种局域共振与颗粒阻尼协同作用的力学超材料隔振装置

说明书

本发明公开一种局域共振与颗粒阻尼协同作用的力学超材料隔振装置，包括双振子周期声子晶体、柔性连接装置、自润滑面板和保护外壳；双振子周期声子晶体包括大六边形格栅、小六边形格栅、螺旋弹簧组和散体颗粒群；柔性连接装置包括多孔连接板、均力梁和串联碟簧组；大六边形格栅之间为螺栓连接；小六边形格栅作为普通局域振子置于大六边形格栅内部，与大六边形格栅通过螺旋弹簧组连接；散体颗粒群沿隔振装置长边方向间隔置于小六边形格栅内，与小六边形格栅组成颗粒阻尼局域振子；含两种局域振子的大六边形格栅周期排布，构成双振子周期声子晶体；声子晶体通过柔性连接装置与外部连接；自润滑面板与声子晶体上下表面接触，并且嵌入保护外壳。

技术领域

本发明涉及人工力学超构材料技术领域，尤其涉及一种局域共振与颗粒阻尼协同作用的力学超材料隔振装置。

背景技术

超材料是人为构造的具有周期特性的材料或结构，其具有天然材料所不具备的超常静力学或动力学特性，此类材料中最典型的就是声子晶体。该类周期结构具有Bragg散射所带来的力学带隙特性，即力学在带隙(禁带)频率范围内迅速衰减无法传播。利用超材料的带隙特性，可以抑制振动与弹性波的传播，实现对振动与噪声的控制。但若超材料晶格常数减小，或者基体材料弹性模量增大，Bragg散射型带隙频率会移向高频区域，导致超材料在小尺度下难以在低频范围内开启带隙结构。

21世纪初，局域共振机制被引入到声子晶体设计中，该机制相比于传统的Bragg散射机制，可在同等几何尺寸下实现更低频波动带隙。振动与弹性波在元胞之间传递时会将能量转移到内、外质量上，而当元胞的内质量块发生共振时，外质量振动幅值较小，传递到相邻元胞的机械能降低，波动传递一定空间距离后很快衰减，振动与弹性波被阻断。

颗粒阻尼技术是一种适应极端条件的被动减隔振技术，颗粒阻尼器通常为包含有颗粒的腔体结构，其利用颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间的碰撞和摩擦来消耗振动能量，进而达到隔振的目的。颗粒阻尼器结构简单，隔振频带宽，可靠性高，在航空航天、土木和机械等领域均有应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种局域共振与颗粒阻尼协同作用的力学超材料隔振装置，结合声子晶体减振器、局域共振机制和颗粒阻尼器的优点，使其进行协同作用，在较宽频率范围内实现隔振降噪。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种局域共振与颗粒阻尼协同作用的力学超材料隔振装置，包括双振子周期声子晶体、柔性连接装置、自润滑面板和保护外壳；

双振子周期声子晶体的上、下表面均与自润滑面板接触，双振子周期声子晶体的左、右两端均与柔性连接装置连接，自润滑面板嵌入保护外壳中；

所述双振子周期声子晶体包括：大六边形格栅、小六边形格栅、螺旋弹簧组和散体颗粒群；

所述大六边形格栅设有若干个，每个立面中心均设有通孔，彼此之间通过螺栓连接；所述小六边形格栅的每个立面中心均设有通孔，并作为普通局域振子置于大六边形格栅内部，与大六边形格栅之间通过所述螺旋弹簧组连接；所述散体颗粒群沿力学超材料隔振装置的长边方向且间隔置于小六边形格栅内，与小六边形格栅共同作为颗粒阻尼局域振子；含普通局域振子和颗粒阻尼局域振子的大六边形格栅沿平面周期排布，构成双振子周期声子晶体；

所述柔性连接装置设有两个，对称设置于双振子周期声子晶体的左、右两侧，包括多孔连接板、均力梁和串联碟簧组；所述多孔连接板设有若干个不同孔径的通孔，其与均力梁之间通过串联碟簧组连接，多孔连接板远离均力梁的一侧与外部构件通过螺栓连接；所述均力梁与相邻大六边形格栅之间均为螺栓连接；

所述自润滑面板设有两个，分别嵌入上、下保护外壳的限位卡槽之中；

所述保护外壳设有两个，包括限位卡槽和通孔，所述通孔设有若干个，保护外壳之间通过螺栓对合固定连接。