[发明专利]一种超单元及基于该超单元的减振型超板结构及应用

说明书

本发明提供一种超单元及基于该超单元的减振型超板结构及应用，该超单元由框架单元和填充在框架单元内的振子单元两者构成；框架单元由筒体以及设在筒体上下表面的开孔基板连接而成，其中开孔基板的内径小于筒体内径；振子单元由两个轻质弹性圆膜和夹芯柱构成，其中夹芯柱又由两个轻质弹性表柱B中间夹芯柱A构成，芯柱A由密度范围为4000‑10000Kg/m³的材料制成；超单元通过周期性阵列形成减振型超板结构。该发明不仅具有轻质高刚度厚尺寸和构造简单等特点，形成的减振型超板结构还具有新奇的物理特性，即减振型超板结构的低宽频振动带隙特性能将带隙频率范围内的振动进行大幅衰减，因此该发明具有低频减振降噪支撑防护功能，可用于工程实际的低频减振降噪中。

技术领域

本发明涉及减振降噪技术领域，具体涉及一种超单元及基于该超单元的减振型超板结构及应用。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各种新型的动力设备广泛应用于航空航天、民用设施、及国防军事领域，高速化、重型化、精密化已成为现代高端装备的主要发展趋势和特性指标。但是大型工业设备中所存在的各种有害振动，会导致结构早期失效甚至破坏，或严重影响设备功能的正常发挥，与此同时，由振动引起的噪声会对人体造成各种危害，特别是低频振动和噪声，容易与人体器官发生共振，直接造成人体损伤。长期以来，如何抑制工业设备中的有害振动始终是工程实际中需要解决的重要问题之一，而控制低频范围内的振动，更是其中的主要难点。

基于减振技术的理论与应用研究的不断发展，已经提出了许多抑制振动的技术方法，如被动控制、主动控制及主被动混合控制等。相比而言，被动控制因其结构简单、可靠，易于实现以及经济性等优点，在工程领域里被广泛应用，然而目前存在的方法却无法对低宽频范围内的振动控制进行主动设计。因此，探索新型减振方法，研究更有效的减振技术来实现对低宽频范围的振动控制进行主动设计，具有重要的学术意义和工程应用价值。

研究发现，引起结构振动的本质原因是由于结构中弹性波传递的能量导致结构共振或强迫振动，因此，对结构中弹性波的传播行为进行调控是实现结构减振的一种有效手段，而通过对超材料/结构构成其关键子结构的微妙设计，使其在动态响应时可获得自然界材料/结构所不具备的、超常规的、全新的等效物理性质，如振动带隙特性，即当弹性波通过时，特定频率范围的振动会被抑制。因此，通过将隔振器件或工程结构本身设计成超结构，利用其自身的振动带隙特性来实现减振，成为了抑制工程中的有害振动提供了一种全新的思路和方法。

板类结构作为工程中最常用的基本支撑防护单元构件，是汽车、船舶、列车和飞行器等运载工具舱体结构的重要组成部分，也是高速精密机床等大型工作母机结构的重要支撑和防护部件，承受多种载荷，是产生和传递振动的主要载体和导体，也是噪声的主要传入路径与直接辐射声源，一直以来被看做工程结构振动控制领域里的主要减振对象，需要其具有较大支撑刚度的同时也具备减振降噪功能。近年来，人们提出利用超材料/结构的振动带隙特性，将板结构设计为超板结构，通过在周期性开孔的薄板中填充软材料、或在均匀板面上周期性布置由各种软硬材料构成的吸振器，构造形成了一种新型板结构-超材料板/超板结构，即通过对构成其关键子结构周期单元的微妙设计，使其在动态响应时可获得自然界板结构所不具备的、超常规的、全新的等效物理性质-振动带隙特性，利用产生的振动带隙进行板结构的实际工程减振，进而为板结构的低频振动控制提供了一种新思路。

然而对于实际工程中的板结构，其主要起支撑防护作用，工作中承受多种载荷，并产生和传递振动，因此通常为高刚度厚尺寸板结构，目前对于这种应用范围较广的高刚度厚尺寸板结构，无论是采用传统的减振方法还是目前最新提出的基于超材料/结构设计方法，均未能解决其在200Hz范围内的振动控制问题。

发明专利内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种超单元及基于该超单元的减振型超板结构及应用。