[发明专利]一种环状螺旋式声学黑洞减振结构

说明书

本发明公开一种环状螺旋式声学黑洞减振结构，涉及减振降噪技术领域，包括采用耐高温材料制成的中心圆环、多个阿基米德螺线声学黑洞和环带；中心圆环套设于待减振管状结构的表面；每个阿基米德螺线声学黑洞均由一个一维声学黑洞的末端以阿基米德螺线的形式绕待减振管状结构卷曲形成；各一维声学黑洞的首端均通过中心圆环固定于待减振管状结构的表面，且各一维声学黑洞的首端沿待减振管状结构的周向均匀布设在中心圆环中；一维声学黑洞的厚度从一维声学黑洞的首端向一维声学黑洞的末端以指数形式递减；阻尼环带粘附于阿基米德螺线声学黑洞的最外层轮廓上，各环带共同构成减振结构的最外层轮廓。本发明适用管状结构的减振降噪，且轻质和耐高温。

技术领域

本发明涉及减振降噪技术领域，特别是涉及一种环状螺旋式声学黑洞减振结构。

背景技术

高减振性能的轻质结构的开发，一直是工程问题中的重要挑战。由于结构振动并产生噪声的本质是结构在边界多次反射产生的波动现象，以及弹性波与周围声介质的相互耦合作用。因此，实现结构减振降噪的一种有效手段就是针对结构中的弹性波进行控制。目前波的操控技术主要有两大类：主动控制和被动控制。主动控制一般需要外部供能，而且系统的设计也很繁琐，所以目前而言实用性不足，难以大规模推广。被动控制最常见的方式就是贴阻尼材料，但对于一些大型结构，则需要在其表面粘贴大量的阻尼材料，不但增加了经济成本，而且引入了过多附加质量，不利于结构的轻质化。

声学黑洞(Acoustic Black Hole，ABH)效应通过改变结构的厚度，使其按照一定的幂律变化从而改变结构阻抗，导致弹性波在结构中的传播速度逐渐减小。在理想情况下，当厚度减小为零时，波速也相应减小为零从而产生波的零反射和能量集中的现象。在实际加工中，由于截断的存在，导致厚度无法减小为零，但能量仍然集中在结构最小厚度区域。因此在能量集中区域结合少量的阻尼材料，可以有效的增强结构损失因子，吸收能量，降低结构的振动。

然而，现有的声学黑洞结构(传统的声学黑洞结构)多为梁状和盘状结构，主要针对平板状结构进行设计，即主要针对垂直于板面方向的振动进行设计。对于管状结构(管道结构)，其振动方向除了有垂直于管道方向的径向振动(弯曲振动)还有绕着管道方向的周向振动(扭转振动)，对于这种非平面结构所产生的多方向性的振动(多方向即管道振动时产生的沿着管道方向的弯曲振动和管道扭转产生的扭转振动以及弯曲和扭转耦合形成的弯扭振动)，传统的声学黑洞是无法满足减振要求的，即传统的声学黑洞结构对于工厂建设和生产过程中广泛运用的管道结构是不适用的。

现有的对于管道结构的减振处理方式大部分都是在管道上铺一层阻尼材料，这种方式往往会对于结构本身增加过多的质量，不利于生产加工中对于轻质化的要求，另外，由于管道这种结构在实际工程应用中往往面对高温的工作环境，对于大部分阻尼材料是无法在高温工况下进行使用的。

综上，本领域亟需一种新型声学黑洞结构，以适用于管状结构的减振降噪，同时达到轻质和耐高温的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种环状螺旋式声学黑洞减振结构，从而适用于管状结构的减振降噪，同时达到轻质和耐高温的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种环状螺旋式声学黑洞减振结构，所述减振结构包括采用耐高温材料制成的中心圆环、多个阿基米德螺线声学黑洞和多个环带；

所述中心圆环套设于待减振管状结构的表面；每个所述阿基米德螺线声学黑洞均由一个一维声学黑洞的末端以阿基米德螺线的形式绕所述待减振管状结构卷曲形成；各所述一维声学黑洞均相同；各所述一维声学黑洞的首端均通过所述中心圆环固定于所述待减振管状结构的表面，且各所述一维声学黑洞的首端沿所述待减振管状结构的周向均匀布设在所述中心圆环中；所述一维声学黑洞的首端为所述一维声学黑洞最厚的一端；所述一维声学黑洞的末端为所述一维声学黑洞最薄的一端；所述一维声学黑洞的厚度从所述一维声学黑洞的首端向所述一维声学黑洞的末端以指数形式递减；