[发明专利]一种基于声学带隙的低频阻尼减振方法

说明书

本发明公开了一种基于声学带隙的低频阻尼减振方法，该方法通过设计轻质局域共振声学结构，根据需要选择适当的结构形式和设计参数，然后调整部分设计参数，使得预期减振频段落入所设计的结构的带隙频率范围内。这样，这种所设计的局域共振单元就充当了一种阻尼器的作用，将所设计的结构固定到待减振结构振动剧烈的位置后，带隙频带内的结构振动就会被局域共振单元所局域并消耗掉，从而实现减振效果。由于这种设计方法是通过局域共振结构的带隙特性实现减振的，而带隙往往是有一定宽度的，这样，只要在带隙范围内的振动，都能被很好的被衰减掉。综上，这种减振方法有望广泛应用于各种工业产品和装备的低频减振中。

技术领域

本发明属于阻尼减振技术领域，具体涉及一种基于声学带隙的低频阻尼减振方法。

背景技术

由于低频振动能量大，在均匀介质中很难被衰减。因此，在各类机械装备和仪器仪表中， 低频振动控制是一个长期困扰人们的技术难题。传统减振措施，如动力吸振器、隔振器等虽 然可以在一定程度上实现低频振动衰减，但工作原理决定了其工作频率往往是单频的。对于 这些减振方法，当系统或减振部件的实际参数偏离设计值时，不仅起不到减振效果，还会使 振动性能恶化。而传统的粘弹性阻尼材料，在低频段对振动的衰减效果很微弱。虽然，在振 动剧烈的部位增加加强筋，或局部增加结构的厚度，也可以有效降低这些部位的振动幅度。 但是，通过这种方法如果要达到较好的减振效果，增加的附加重量往往很大，不利于结构的 轻量化设计。而且，这种措施往往会对结构造成很大的影响，有时甚至需要改变结构的设计， 在很多情况下并不适用。综上所述，工业产品和工程技术中，急需能够在一定频带内有效衰 减低频振动，又对原有结构影响微弱的减振方案。

以往的声子晶体减振对周期性是有要求的，而且在大多数研究中，往往把整个结构都设 计为声子晶体，或者声子晶体是作为基体结构的一部分。这样的方案虽然振动衰减效果好， 禁带内振动几乎无法传播，但对原有结构产生破坏性改变，适用范围也非常有限。虽然也有 少量研究通过将局域共振单元附加在基体结构上进行减振，但由于利用的是结构的反共振特 性，本质上和动力吸振器的工作原理是一致的，都只能在反共振频率附近获得减振效果，而 且都会在减振频率两侧各产生一个新的共振峰。因此，急需开发新的减振方法，在减振的同 时不产生新的共振峰，这样才能实现更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于声学带隙的低频阻尼减振方法， 用于实现各类机械装备和仪器仪表中低频振动的有效衰减。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于声学带隙的低频阻尼减振方法，包括以下步骤：

1)通过振动测试，获取目标减振对象的振动频率响应函数，确定目标减振峰所处的频率 位置；

2)根据目标减振频率和实际允许的安装空间要求，选择适当的局域共振单元结构类型， 设计元胞结构，计算元胞的能带图，确定带隙频率范围；

3)反复调整局域共振单元的结构参数，使得目标减振频率落入局域共振单元的带隙频率 范围内，且尽量使得目标减振频率处于局域共振单元带隙范围的中心频率附近；

4)当采用弯曲波带隙进行减振时，采用模态位移法检验带隙内局域共振单元的面外位移 是否足够小；

5)对于目标减振对象的振动剧烈部位难以估计的情况，计算目标减振对象在符合使用条 件的边界条件下的模态振型，确定振动剧烈的部位；

6)制作局域共振单元，并将其固定到目标减振对象振动剧烈的部位，进行振动试验，检 验减振效果。

本发明进一步的改进在于，局域共振单元的类型根据需要任意选取，但考虑到轻量化设 计的要求，薄膜和薄板类结构最佳。

本发明进一步的改进在于，局域共振单元的带隙是完全带隙，或者是弯曲波带隙，且带 隙频率范围覆盖目标减振频率。