[发明专利]一种可主动控制多方向隔振的准零刚声子晶体隔振装置

说明书

本发明公开一种可主动控制多方向隔振的准零刚声子晶体隔振装置，包括准零刚基体、压电陶瓷片、负电容电路、细线和激振器；准零刚基体由质量块和连杆组成，质量块为长方体结构，质量块的四个侧面中部均设有上表面和下表面相互贯通的矩形凹槽，每个矩形凹槽其中一侧的侧壁上端和另一侧的侧壁下端均设有连接孔，连接孔安装有连接轴；质量块通过连接轴和连杆彼此间相互铰接形成有呈正方晶格点阵排布的平面型周期结构，每个质量块与其相邻的每个质量块之间通过一组连杆铰接连接，由此形成准零刚度特性；每组连杆上均设置有压电陶瓷片，每个压电陶瓷片均设有负电容电路，组成具有主动控制性能的平面型周期结构隔振装置；准零刚基体通过细线悬挂在隔振台上，准零刚基体与激振器紧贴设置。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超材料与声子晶体技术领域，以及主动调控弯曲波的超材料波导装置。

背景技术

超材料指的是一种拥有特殊性质的人工材料，自然界是不存在的。它们的特殊性质是传统材料无法达到的。它的特殊不在于成分上，而在于其独有的几何结构和几何大小，这种特殊结构对波有所影响，因此对于超材料的初步研究就是负折射率超材料。它的奇异性质使其拥有广泛前景。其中有一种弹性波超材料被称为声子晶体，它的弹性常数和密度呈现周期性变化，具有弹性波带隙特性，我们可以调节带隙频率来达到对于波传播的控制。这个优越的性质使得声子晶体已经应用于很多新型装置，成为力学、医学、航空航天等很多领域。目前，对低频范围内的振动研究是这个领域目前研究的重点难点。因此抑制声子晶体中低频内宽带隙范围的波动是需要尽快解决的问题。本发明就根据基于零转动刚度思想，采用平面型准零刚声子晶体，它所具有的低频能带结构这一特性，可以很好地控制结构低频波动与振动传输，从而为低频隔振降噪提供了不一样的研究路线。平面型声子晶体一直以来都是比较受欢迎的研究领域，依据薄板理论，当弯曲波在结构中传播时，有希望在不同传播方向实现更加低频的禁带。

除此之外，本发明还利用主动控制弯曲波的装置来优化减振的效果。目前基于对弹性波在结构/材料中的行为进行调控的需求，弹性波与振动在周期结构传播特性的研究就引起了很多关注，弹性波超材料由于它的弹性波和振动的禁止传播频率带隙，应用于机械工程、土木工程、航空航天等隔振降噪领域中。

声子晶体结构存在弹性波带隙特性，带隙频率范围内的弹性波传播被有效抑制，取得减振隔振的目的。由于使用的压电陶瓷片是实际工程中最常见的，所以本装置对于实际工程中的减振设计有很大帮助。

与往常隔振装置不同的是，平面型准零刚声子晶体具有多方向的低频带隙，并且借助连接负电容电路使声子晶体中连接单胞的连杆等效弹性模量发生改变，从而可以在原有平面型准零刚超材料的基础上进一步优化在特定频率减振隔振的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，基于零转动刚度思想，采用正方晶格点阵排列的平面型准零刚弹性波超材料，以其为基体提供一种主动调控弯曲波低频带隙的声子晶体隔振装置，以克服现有技术的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可主动控制多方向隔振的准零刚声子晶体隔振装置，包括准零刚基体、压电陶瓷片、负电容电路、细线和激振器；所述准零刚基体由质量块和连杆组成，所述质量块为长方体结构，所述质量块的四个侧面中部均设有上表面和下表面相互贯通的矩形凹槽，每个矩形凹槽其中一侧的侧壁上端和另一侧的侧壁下端均设有连接孔，所述连接孔安装有连接轴；所述质量块通过所述连接轴和所述连杆彼此间相互铰接形成有呈正方晶格点阵排布且具有周期性的准零刚基体结构，每个质量块与其相邻的每个质量块之间通过一组连杆铰接连接，由此形成准零刚度特性；每组所述连杆上均设置有压电陶瓷片，每个压电陶瓷片均设有负电容电路，组成具有主动控制性能的平面型周期结构隔振装置；通过负电容电路调节压电陶瓷片的等效弹性模量以拓宽禁带的低频减振隔振效果；准零刚基体通过细线悬挂在隔振台上，所述准零刚基体与激振器紧贴设置。

进一步的，所述质量块和连杆均为聚四氟乙烯材料，构成准零刚基体的7×7周期性准零刚结构，压电陶瓷片为PZT-5h矩形压电陶瓷片。