基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座的製作方法
2023-06-06 03:05:26 1
基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，包括：導磁鋼架、導磁鋼板、軟磁材料件、聲子晶體缺陷態結構、鋼箔及線圈；導磁鋼板通過軟磁材料件設置於導磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設於導磁鋼架的支撐部上，聲子晶體缺陷態結構設置於導磁鋼架基座與導磁鋼板之間，由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態超元胞構成，鋼箔設置於若干方形晶格缺陷態超元胞的層間。本發明所提供的隔振支座，引入一種聲子晶體環形缺陷態結構，此外環形缺陷態結構對彈性波能量傳播有非常強的局域作用，對中低頻段彈性波振動有更好的阻隔作用。
【專利說明】 基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料、機械構造、電磁技術等領域，具體涉及一種工程結構中使用的隔振支座。
【背景技術】
[0002]磁流變彈性體由天然橡膠或者矽橡膠基體和磁性顆粒組成，磁性顆粒在外加磁場條件下會形成鏈狀聚集結構，其力學性能可以利用外部磁場連續、迅速和可逆地控制它的磁流變效應，可以動態控制其剛度和阻尼。磁流變彈性體材料在航空航天、汽車、振動控制等領域具有廣泛的應用前景。
[0003]聲子晶體是由兩種或兩種以上彈性材料組成，具有彈性波禁帶特性的周期性複合結構。彈性波在周期性複合結構中傳播時形成能帶結構，能帶之間波無法傳播的頻率範圍稱為彈性波禁帶。在禁帶頻率範圍內，彈性波將會被抑制。聲子晶體結構中組分的材料參數或幾何結構發生變化，引起理想周期結構破壞稱為缺陷。聲子晶體存在缺陷時，其聲波禁帶範圍內將產生缺陷態。缺陷態可將處于禁帶範圍內的彈性波局域在缺陷處，遠離缺陷時，彈性波就迅速衰減，就好像缺陷被全反射牆包圍起來一樣。
[0004]現有的隔振支座多種多樣，但是目前還沒有採用聲子晶體缺陷態結構磁流變彈性體的隔振支座。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基於聲子晶體環形缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，能夠對彈性波傳播能量很強局域作用的。本發明的目的由以下技術方案實現:
[0006]一種基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，包括:導磁鋼架、導磁鋼板、軟磁材料件、聲子晶體缺陷態結構、鋼箔及線圈；導磁鋼板通過軟磁材料件設置於導磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設於導磁鋼架的支撐部上，聲子晶體缺陷態結構設置於導磁鋼架基座與導磁鋼板之間，由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態超元胞構成，鋼箔設置於若干方形晶格缺陷態超元胞的層間。
[0007]作為具體的技術方案，所述方形晶格缺陷態超元胞由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體的3*3矩陣排列的鉛柱體構成。
[0008]作為具體的技術方案，所述3*3矩陣排列的鉛柱體中，中央的鉛柱體的縱向截面為環形，該中央鉛柱體四周的八個鉛柱體的縱向截面為方形。
[0009]作為具體的技術方案，所述方形鉛柱體縱向截面邊長0.008m、環形鉛柱體縱向截面內外徑分別為0.004m和0.005m。
[0010]作為具體的技術方案，所述鉛材料的參數為:密度P Pb = 11350kgm3,縱波波速CPM=2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27 %，鐵顆粒密度P Fe = 7.89X 103kg.m_3，橡膠密度P r = 1.2X103kg.m_3，泊松比0.47，鋼箔的參數為:密度P s = 7890kgm3，縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s。
[0011]作為具體的技術方案，所述線圈產生的外磁場強度可調節範圍為0 — 1000KA/m。
[0012]作為具體的技術方案，所述導磁鋼架的支撐部設置於基座一側，所述線圈繞設於該側的支撐部上。
[0013]本發明的有益效果:本發明所提供的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，與目前的磁流變彈性體隔振支座不同，引入一種聲子晶體環形缺陷態結構，此外環形缺陷態結構對彈性波能量傳播有非常強的局域作用，對中低頻段彈性波振動有更好的阻隔作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例提供的隔振支座的構造示意圖。
[0015]圖2為本實施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態結構的彈性波禁帶結構圖及對應的透射係數圖。
[0016]圖3為本實施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態結構在禁帶內缺陷態的振幅分布圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本實施例提供的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，包括:導磁鋼架10、導磁鋼板20、軟磁材料件30、聲子晶體缺陷態結構40、鋼箔50及線圈60。
[0018]導磁鋼架10由基座11和支撐部12構成，支撐部12設置於基座11上端一側。軟磁材料件30為大變形軟磁材料件，設置於導磁鋼架10 —側的支撐部12的頂端，導磁鋼板20進而設置於軟磁材料件30上端。線圈60繞設於導磁鋼架10 —側的支撐部12上，用於產生外磁場，通電線圈外磁場強度可調節範圍為0 — 1000KA/m。
[0019]聲子晶體缺陷態結構40設置於導磁鋼架基座11與導磁鋼板20之間，聲子晶體缺陷態結構40由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態超元胞41構成。方形晶格缺陷態超元胞41由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體的3*3矩陣排列的鉛柱體構成。所述3*3矩陣排列的鉛柱體中，中央的鉛柱體411的縱向截面為環形，該中央鉛柱體四周的八個鉛柱體412的縱向截面為方形。鋼箔50設置於若干方形晶格缺陷態超元胞41的層間。
[0020]上述方形鉛柱體412縱向截面邊長0.008m、環形鉛柱體411縱向截面內外徑分別為0.004m和0.005m。具體地，本實施實例中選擇的鉛材料的參數為:密度P Pb =11350kgm3,縱波波速CPbl = 2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s,磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27%，鐵顆粒密度9& = 7.89父1031^*111_3，橡膠密度Pr =
1.2X 103kg.πΓ3，泊松比0.47，鋼箔的參數為:密度P s = 7890kgm3,縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s。
[0021]上述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，核心部件的聲子晶體缺陷態結構40由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態超元胞41構成，方形晶格缺陷態超元胞41由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體，在3*3的超元胞中間採用截面環形鉛柱體代替方形柱體，構成聲子晶體缺陷態結構。超元胞層間的導磁鋼箔有利於形成均勻磁場。本發明實施例通過採用此設計，將三種材料構造成聲子晶體缺陷態結構，對中低頻段彈性波振動有較好的阻隔作用。聲子晶體彈性波禁帶受彈性材料彈性模量比值、彈性材料的排列、散射體的形狀大小位置等影響，禁帶範圍內的彈性波能量局域受缺陷態的結構影響。
[0022]圖2為本實施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態結構的彈性波禁帶結構圖及對應的透射係數圖，支座在中低頻範圍內存在多個頻段的禁帶，在禁帶範圍內透射係數非常小，禁帶範圍內有缺陷形成的局域態。
[0023]圖3為本實施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態結構在禁帶內缺陷態的振幅分布圖，可以明顯看到能量局域在環形中間。通過支座可以對系統中低頻段彈性波振動進行阻隔，環形缺陷態對彈性波能量傳播有非常強的局域作用，可以有效地構造一個隔振系統。
[0024]以上實施例僅為充分公開而非限制本發明，基於本發明創新主旨的、未經創造性勞動的等效技術特徵的替換，應當屬於本申請揭露的範圍。
【權利要求】
1.一種基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，包括:導磁鋼架、導磁鋼板、軟磁材料件、聲子晶體缺陷態結構、鋼箔及線圈；導磁鋼板通過軟磁材料件設置於導磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設於導磁鋼架的支撐部上，聲子晶體缺陷態結構設置於導磁鋼架基座與導磁鋼板之間，由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態超元胞構成，鋼箔設置於若干方形晶格缺陷態超元胞的層間。
2.根據權利要求1所述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述方形晶格缺陷態超元胞由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體的3*3矩陣排列的鉛柱體構成。
3.根據權利要求2所述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述3*3矩陣排列的鉛柱體中，中央的鉛柱體的縱向截面為環形，該中央鉛柱體四周的八個鉛柱體的縱向截面為方形。
4.根據權利要求3所述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述方形鉛柱體縱向截面邊長0.008m、環形鉛柱體縱向截面內外徑分別為0.004m和0.005m。
5.根據權利要求4所述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述鉛材料的參數為:密度P Pb = 11350kgm3,縱波波速Cpbl = 2158m/s和橫波波速Cpbt = 860m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27%，鐵顆粒密度P =7.89X 103kg.m_3，橡膠密度Pr= 1.2X 103kg.m_3，泊松比0.47，鋼箔的參數為:密度Ps=7890kgm3,縱波波速 Csl = 5780m/s 和橫波波速 Cst = 3220m/s。
6.根據權利要求1所述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述線圈產生的外磁場強度可調節範圍為O — 1000KA/m。
7.根據權利要求6所述的基於聲子晶體缺陷態結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述導磁鋼架的支撐部設置於基座一側，所述線圈繞設於該側的支撐部上。
【文檔編號】F16F6/00GK104251274SQ201410322511
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】許振龍, 黃亮國, 尹海昌 申請人:廣東科學技術職業學院