一种可调式单级多带隙声学超材料结构及调整方法与流程

本发明属于声学超材料技术领域，尤其涉及一种可调式单级多带隙声学超材料结构及调整方法。

背景技术：

目前，附加局域共振型振子的声学超材料梁、板、壳的构建目的在于产生低频、宽频、多频带隙，以抑制低频及不同其它频段振动的传递。产生多频带隙的声学超材料的构型主要通过附加多级振子，而产生低频带隙的声学超材料的构型主要通过增加集中质量，而宽频声学超材料可通过耦合多个带隙的方法达到。分析不同构型的声学超材料，增加多级振子使得声学超材料的安装空间大大增加，而增加集中质量则会使得基础结构的负载增大。而本项目所提出的单级可调式多带隙声学超材料通过增加集中质量的角振动来增加振子自由度，从而灵活产生多条带隙，在工程实施方面、结构复杂程度方面均有一定的优越性。

低频抑振及多频段抑振一直是声学超材料发展趋势。与工程实际应用最接近的声学超材料梁和板结构主要存在抑振频段高、抑振频带少的问题。增加振子数量可使超材料梁、板产生多条带隙，然而增加振子数量会增大振子质量占比，使结构变得笨重。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术单级振子性能差，声学超材料梁和板结构主要存在抑振频段高、抑振频带少。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可调式单级多带隙声学超材料结构及调整方法。

本发明是这样实现的，一种单级多带隙声学超材料结构，设置有

基础结构；

所述基础结构通过多个不同位置的吸振弹簧、吸振阻尼连接集中质量；

所述吸振弹簧与吸振阻尼数量相等；吸振阻尼位于对应的吸振弹簧一侧。

进一步，所述基础结构包括经典梁、板、壳。

进一步，所述吸振弹簧、吸振阻尼与集中质量构成单级振子；多个单级振子在基础结构上周期布置。

本发明的另一目的在于提供一种声学超材料梁、板、壳产生带隙个数及带隙位置的方法包括：

通过将该超材料结构周期附加至经典梁、板、壳，通过调整吸振弹簧的刚度、吸振阻尼的阻尼系数、吸振弹簧的安装位置调整声学超材料梁、板、壳产生的带隙个数及带隙位置。

进一步，通过增加吸振质量不同方向的角振动增加单级振子的自由度数目，增加声学超材料的带隙个数。

进一步，各吸振弹簧刚度相同，且安装位置均相对于吸振质量重心对称时，声学超材料仅产生一条带隙。

进一步，调整弹簧刚度，安装位置对称，产生多条带隙。

或调整弹簧安装位置，使弹簧刚度相等，产生多条带隙。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述单级多带隙声学超材料结构对船舶、建筑等工程中低频振动抑制的超材料装置。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明提出一种单级多带隙声学超材料。将其周期附加于经典梁、板、壳等结构可有效改善单级带隙唯一、结构安装空间大的缺点，且该超材料不对等刚度、位置、阻尼等均可产生额外的低频带隙，相较于传统单级振子，性能优越。此外，该可调式单级多带隙声学超材料产生的低频带隙对于工程中低频振动的抑制有广阔的应用前景。

本发明通过在传统平板上周期布置该单级多带隙声学超材料，平板上的振动传递率在所产生的的带隙内显著降低。

对比现有声学超材料梁、板结构，本发明提出的声学超材料能够在单级振子设定情况产生多条带隙，对于工程应用有更好的发展前景。具体地，调整x、y方向弹簧刚度、弹簧安装位置、阻尼器可有效调整三条带隙的位置及带隙宽度，以便适应复杂的工程环境。

本发明所提出的声学超材料结构能够通过调整结构参数，在低频产生额外的带隙，例如图3中在80hz产生的带隙，这对于工程实际中低频振动难以抑制的状况有非常重要的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的单级多带隙声学超材料结构图。

图1中：1、吸振弹簧一；2、吸振阻尼一；3、吸振弹簧二；4、吸振阻尼二；5、吸振弹簧三；6、吸振阻尼三；7、吸振弹簧四；8、吸振阻尼四；9、集中质量；10、基础结构。

图2是本发明实施例提供的刚度相等，对称安装超材料板能带结构图。

图2中：(a)鸟瞰图；(b)左视图。

图3是本发明实施例提供的刚度不相等，对称安装超材料板能带结构图。

图3中：(a)鸟瞰图；(b)左视图；(c)局部放大图。

图4是本发明实施例提供的刚度相等，安装不对称超材料板能带结构图。

图4中：(a)鸟瞰图；(b)左视图；(c)局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可调式单级多带隙声学超材料结构及调整方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的单级多带隙声学超材料结构包括：吸振弹簧一1；吸振阻尼一2；吸振弹簧二3；吸振阻尼二4；吸振弹簧三5；吸振阻尼三6；吸振弹簧四7；吸振阻尼四8；集中质量9；基础结构10。

所述基础结构10通过多个不同位置的吸振弹簧、吸振阻尼连接吸振质量9；

所述吸振弹簧与吸振阻尼数量相等；吸振弹簧位于对应的吸振阻尼一侧。

所述基础结构包括经典梁；所述吸振质量包括板。

所述吸振弹簧与吸振阻尼构成单级振子；多个单级振子在基础结构与吸振质量之间周期对称布置。

发明提供一种超材料梁、板、壳产生带隙个数及带隙位置的方法包括：

通过将该超材料结构周期附加至经典梁、板，通过调整吸振弹簧的刚度、吸振阻尼的阻尼系数、吸振弹簧的安装位置调整超材料梁、板产生的带隙个数及带隙位置。

通过增加吸振质量不同方向的角振动增加单级振子的自由度数目，增加声学超材料的带隙个数。

各吸振弹簧刚度相同，且安装位置均相对于吸振质量重心对称时，声学超材料仅产生一条带隙。

调整弹簧刚度，安装位置对称，产生多条带隙。

或调整弹簧安装位置，使弹簧刚度相等，产生多条带隙。

下面结合工作原理对本发明作进一步描述。

本发明通过将该超材料结构周期附加至经典梁、板、壳结构，构成声学超材料梁、板、壳。通过调整吸振弹簧的刚度、吸振阻尼的阻尼系数、吸振弹簧的安装位置可有效调整超材料梁、板产生的带隙个数及带隙位置。

本结构通过增加集中质量不同方向的角振动增加该单级振子的自由度数目，从而增加声学超材料的带隙个数。当各吸振弹簧刚度相同，且安装位置均相对于吸振质量重心对称时，则声学超材料仅能产生一条带隙，如图2所示；调整弹簧刚度，而保证安装位置对称，可产生多条带隙，如图3所示；调整弹簧安装位置，而使弹簧刚度相等，也可产生多条带隙，如图4所示。带隙内，弹性波在超材料梁、板结构不能传播，因此，本发明所提出的单级多带隙声学超材料能够有效灵活抑制多频段振动传播。

如图2图3图4为本发明提供的仿真的实例。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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