[发明专利]一种具有宽低频隔振降噪性能的超材料装置

说明书

本发明公开一种具有宽低频隔振降噪性能的超材料装置，包括大质量块、小质量块和连杆；所述大质量块和小质量块均是由铝组成的长方体结构，所述大质量块和所述小质量块通过所述连杆依次交替铰接，大质量块和小质量上的每个铰接点形成准零刚度特性，共同组成直线型双振子周期结构。所述直线型双振子周期结构能够形成至少两条带隙结构，所述超材料装置所具有的准零刚度特性能够实现超低频范围内的强衰减效果。依次铰接的一个大质量块、一个小质量块和一个大质量块组成有单胞结构，每个大质量块和小质量块上均设有四个贯通的连接孔，所述连接孔内安装有铰接轴，相邻的一个大质量块和一个小质量块的同侧之间通过两个交错布置的连杆铰接。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超构材料技术领域，尤其涉及一种具有准零刚特性的直线型双振子弹性波超材料装置。

背景技术

近年来，周期结构以及弹性波超材料的研究引起了许多领域学者的广泛兴趣。其中一种弹性波超材料称为声子晶体，是一类材料常数呈周期变化的人造周期结构，其具有弹性波带隙特性。在带隙的频率范围内，弹性波无法从声子晶体中传播。此类减振降噪特性可以有效地运用在机械工程、航空航天、国防军工等诸多领域。

若通过采用准零刚度的周期结构形式，使得其中准零刚振子可以具有高静态低动态的刚度特性，将振子周期性排布，可以构成新型弹性波超材料。通过准零刚特性的设计，获得较低的整体系统刚度，进而可降低系统的固有频率，实现在低频甚至超低频范围内弹性波与振动的隔离，对于机械结构减振设计具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有宽低频隔振降噪性能的超材料装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有宽低频隔振降噪性能的超材料装置，包括大质量块、小质量块和连杆；所述大质量块和小质量块均是由铝组成的长方体结构，所述大质量块和所述小质量块通过所述连杆依次交替铰接，大质量块和小质量上的每个铰接点形成准零刚度特性，共同组成直线型双振子周期结构。

进一步的，所述直线型双振子周期结构能够形成两条带隙结构，所述超材料装置所具有的准零刚度特性能够实现超低频范围内的强衰减效果。

进一步的，大质量块和小质量块的弹性模量材料常数E＝70GPa，泊松比ν为0.33，密度ρ为2700kg/m³。

进一步的，连杆采用聚四氟乙烯(PTEE)，材料常数E＝0.5GPa，泊松比ν为0.49，密度ρ为2000kg/m³。

进一步的，依次铰接的一个大质量块、一个小质量块和一个大质量块组成有单胞结构，每个大质量块和小质量块上均设有四个贯通的连接孔，所述连接孔内安装有铰接轴，相邻的一个大质量块和一个小质量块的同侧之间通过两个交错布置的连杆铰接。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明装置通过双振子和准零刚度特性来实现低频范围内的准静态带隙和强稳态和瞬态响应衰减效果，达到了稳态和瞬态下的减振隔振的目的。由于装置的准零刚特性，其单胞在1000Hz内存在两条宽带隙。因此在位移激励下，装置能实现1000Hz范围内的响应衰减效果。较以往弹性波超材料装置具有宽低频隔振的优点，可以用于需要抑制特定频率弹性波与瞬态振动的情况，可实现对精密仪器在低频振动过程中的保护。

与以往隔振装置不同的是，本发明利用双振子结构，通过引入准零刚特性，实现装置的零旋转刚度。这样可以在低频率弯曲波下，实现准静态范围带隙。此外，直线型双振子准零刚弹性波超材料在低频范围内都有较好的隔振降噪效果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明