[实用新型]一种用于精密仪器低频减振的局域共振梁结构

说明书

本实用新型公开了一种用于精密仪器低频减振的局域共振梁结构，所述局域共振梁结构包括简支梁和安装在简支梁上的精密仪器，所述精密仪器隔振安装在简支梁上表面；在所述简支梁上表面上沿轴向还周期布置有M个局域共振元胞，每个局域共振元胞中包含N个吸振器；MN个吸振器等间隔布置，精密仪器布置在任意两个相邻的吸振器之间；本实用新型提供一种局域共振梁结构，能够有效抑制精密仪器的低频振动，局域共振梁结构由设置在梁上局域共振元胞和精密仪器组成，局域共振元胞中包含若干不同的吸振器，这可以大幅增加吸振器的有效减振范围和减振效率，达到优良的低频隔振效果。本实用新型结构简单，便于加工、安装和后期维护，降低了应用成本。

技术领域

本实用新型涉及低频振动控制技术领域，特别是一种用于精密仪器低频减振的局域共振梁结构。

背景技术

振动是影响精密仪器测量精度的重要环境因素之一，而其中低频振动又难以消除，影响深远。因此，对精密仪器的低频振动进行有效抑制具有十分重要的意义。目前常用的减振方式中，吸振器能够实现低频宽带的减振性能而被广泛研究和运用。吸振器的基本工作原理是在主振系统上的特定位置布置含阻尼、刚度、质量的共振子系统即吸振器，吸振器的固有频率在主振系统的固有频率附近时，会将主振系统的共振能量转移到吸振器中，从而有效减小主振系统的振幅。而局域共振理念的提出为低频振动控制问题提供了新的解决思路，局域共振型结构是一种人为构造的周期结构，其减振性能主要依赖于构成单元中微结构的局部共振，由于每个局域共振单元中振子参数的多样化可有效拓宽减振频率的有效范围。

在实际工程应用过程中，复杂多变的工作环境对吸振器的有效减振范围提出了更高的要求，单一类型的吸振器的减振频带较窄，面对主振系统变化的工作频率往往达不到理想的减振效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于精密仪器低频减振的局域共振梁结构，以解决上述技术背景中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种用于精密仪器低频减振的局域共振梁结构，所述局域共振梁结构包括简支梁和安装在简支梁上的精密仪器，所述精密仪器隔振安装在简支梁上表面；在所述简支梁上表面上沿轴向还周期布置有M个局域共振元胞，每个局域共振元胞中包含N个吸振器；所述的MN(即 M×N)个吸振器等间隔布置，所述精密仪器布置在任意两个相邻的吸振器之间；

其中，所述局域共振梁结构满足式(1)的振动方程：

其中：ρ为简支梁的密度，A为简支梁的横截面积，E为简支梁的弹性模量，I为梁截面关于中性轴的惯性矩，w(x,t)为坐标x处的梁截面中性轴在时刻t的横向位移，f(t)为梁在时刻 t受到的横向外力，f₀(t)为精密仪器对梁的反作用力，f_ij(x_j+ia,t)为梁上从左至右第i个元胞中第j个吸振器对梁的反作用力，x_j+ia为第i个元胞中第j个吸振器在梁上的位置，a为每个局域共振元胞的长度，x_j为每个元胞中第j个吸振器相对于第一个吸振器的距离，δ(x-x₀)和δ(x-x_ij)是单位脉冲函数，是为了描述精密仪器或者吸振器的反作用力在梁上的作用点。

进一步的，所述简支梁受到横向外力可由下式(2)表示：

f(t)＝F₀sinωt (2)

其中，f(t)为简支梁在t时刻受到的横向外力，F₀是横向外力的幅值，ω是横向外力的激振频率。

进一步的，在简支梁受到横向外力作用时，精密仪器对简支梁的反作用力通过下式(3) 求得：