[发明专利]一种具有可调节非线性力学特征的超材料隔振器

说明书

本发明公开了一种具有可调节非线性力学特征的超材料隔振器，该隔振器包括上连接盖、下连接盖、超材料隔振组件和两个轴向调节组件；上连接盖和下连接盖分别固定连接在超材料隔振组件的上下两端，两个轴向调节组件分别安装在超材料隔振组件的左右两侧，两个轴向调节组件能够分别对超材料隔振组件施加轴向预紧力，通过预紧力改变超材料隔振组件的局部刚度；超材料隔振组件由单胞结构周期性排列组合而成，单胞结构由斜臂和竖臂组成，斜臂和竖臂呈现一定的角度，并在水平和竖直方向对称布置。本发明克服了传统隔振器不能同时满足低频隔振和隔振系统稳定性的矛盾，能够实现低频隔振技术的工程推广应用。

技术领域

本发明涉及一种具有可调节非线性力学特征的超材料隔振器，属于超材料和减振降噪技术领域。

背景技术

水下舰船作为捍卫我国海权的杀手锏，在海洋装备体系建设中具有重要地位。在当前水下对抗中，先敌发现、先敌攻击、先敌脱离是制胜的关键，这对装备的隐身性能提出了苛刻的要求。当前，低频段机械噪声和振动是舰船隐蔽航行时的主要噪声源，在对抗中极易暴露已方目标，低频降噪一直是减振降噪中的难点问题。

使用隔振器消弱振源和隔离振动传递是减振降噪中一种切实可行，行之有效的隔振降噪方法。但受原理限制，传统线性隔振器要实现低固有频率，其动、静刚度就会低，则承载能力变弱，设备横向稳定性变差，低频隔振效果的提升空间有限，这成为当前线性隔振器无法打破的“魔咒”。考虑到材料强度、隔振系统的横向稳定要求，目前隔振器的固有频率都高于7Hz。例如目前实船常用的BE型隔振器，其固有频率为10Hz，其在定载荷下的静变形量约为3.5mm～5mm，如果隔振器的固有频率降低至5Hz，其额定载荷下的静变形达到14mm～20mm，采用该隔振器设计的隔振系统，其稳定性与抗冲击性能大大降低。目前，气囊隔振器的固有频率可低至3.5Hz～5Hz，但是其体积较大，且控制系统复杂。因此必须发展基于非线性特征的新型低频隔振器。

超材料设计方法是近十年来的新兴技术，超材料具有天然材料所不具备的超常物理性质，通过在材料关键物理尺度上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。利用超材料技术设计出的超材料隔振器，目前已经成功将隔振器的三向刚度设计解耦，可以在保证较高的横向刚度条件下，尽可能降低垂向固有频率。然后当前的超材料隔振器设计也局限于线性隔振器范畴，进一步提高低频隔振效果便面临无法突破线性隔振器“魔咒”的窘境。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有可调节非线性力学特征的超材料隔振器，打破了传统隔振器设计过程中对隔振基材的依赖，显著改善低频隔振性能，简化隔振器设计，并通过主承载方向在工作范围以外的大刚度以及较高的横向刚度的设计，克服了传统隔振器不能同时满足低频隔振和隔振系统稳定性的矛盾，能够实现低频隔振技术的工程推广应用。

一种具有可调节非线性力学特征的超材料隔振器，该隔振器包括上连接盖、下连接盖、超材料隔振组件和两个轴向调节组件；

所述上连接盖和下连接盖分别固定连接在超材料隔振组件的上下两端，两个轴向调节组件分别安装在超材料隔振组件的左右两侧，两个轴向调节组件能够分别对超材料隔振组件施加轴向预紧力，通过预紧力改变超材料隔振组件的局部刚度；所述超材料隔振组件由单胞结构周期性排列组合而成，单胞结构由斜臂和竖臂组成，斜臂和竖臂呈现一定的角度，并在水平和竖直方向对称布置。

进一步地，所述斜臂的线型为直线型、弧线型、泡状结构型、正弦线型、多次曲线型、端部单侧凸起型或端部双侧凸起型。

进一步地，所述斜臂和竖臂连接的几何形式为直接连接、倒角、局部切除、阶梯斜臂厚度或斜臂截面收缩。

进一步地，所述隔振器主承载方向的静刚度曲线具有非线性特征，呈现出先渐软再渐硬的特点，在额定载荷附近静刚度达到最低。