基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座的製作方法
2023-06-06 03:04:56 1
基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座的製作方法
【專利摘要】本發明公開的基於一維聲子晶體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、線圈及一維聲子晶體結構；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，一維聲子晶體結構設置於導磁鋼架的基座與導磁鋼板之間；所述一維聲子晶體結構由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列若干層。本發明提供的隔振支座，通過引入一維聲子晶體結構，實現了對中低頻段彈性波振動的阻隔；通過外磁場可以調節彈性波禁帶範圍，可調節頻率範圍廣；形成非接觸式控制，應用範圍更廣；一維聲子晶體結構採用三組分結構周期層疊設計，可設計性強。
【專利說明】 基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座
K【技術領域】3
[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。
K【背景技術】3
[0002]磁流變彈性體材料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，其力學性能可以受到控制。磁流變彈性體集中了磁流變液和彈性體的優點，響應快，可逆性好，且克服了磁流變液沉降、穩定性差等缺點。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]聲子晶體的研究為振動控制領域提供新的思路。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。聲子晶體的禁帶由材料彈性常數，填充率及晶格等決定，因此其有很強的可設計性。
[0004]現有的隔振支座多種多樣，但是目前還沒有結合聲子晶體的頻率禁帶隔振特性和磁流變彈性體的阻尼、剛度可控特性設計的磁流變彈性體隔振支座。
K
【發明內容】
3
[0005]本發明的目的是提供一種磁流變彈性體隔振支座，基於聲子晶體結構，彈性波禁帶可調。本發明的目的由以下技術方案實現:
[0006]一種基於一維聲子晶體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、線圈及一維聲子晶體結構；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，一維聲子晶體結構設置於導磁鋼架的基座與導磁鋼板之間；所述一維聲子晶體結構由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列若干層。
[0007]作為具體的技術方案，所述一維聲子晶體結構中的鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列30層以上。
[0008]作為具體的技術方案，所述鋼箔厚度0.0001m,鉛板厚度0.0009m、磁流變彈性體厚度 0.0019m。
[0009]作為具體的技術方案，所述鉛板材料的參數為:密度PPb = 11350kgm3,縱波波速CPbl = 2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s，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，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 PFe = 7.89X 103kg.πΓ3，橡膠密度 Pr= 1.2 X 103kg.m_3，泊松比 0.47。
[0010]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。
[0011]作為具體的技術方案，所述導磁鋼架的支撐部設置於基座左右兩側，所述線圈繞設於兩側的支撐部上。
[0012]本發明提供的基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座，與目前的隔振支座相比，其有益效果在於:引入一維聲子晶體結構，實現對中低頻段彈性波振動的阻隔；通過外磁場可以調節彈性波禁帶範圍，可調節頻率範圍廣；形成非接觸式控制，應用範圍更廣；一維聲子晶體結構採用三組分結構周期層疊設計，可設計性強。
K【專利附圖】
【附圖說明】3
[0013]圖1為本發明實施例提供的隔振支座的構造示意圖。
[0014]圖2為本發明實施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結構的彈性波帶結構圖及對應的透射係數圖。
[0015]圖3為本發明實施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結構在外磁場調節下的彈性波帶結構變化圖。
K【具體實施方式】3
[0016]如圖1所示，實施例提供的隔振支座包括:導磁鋼架10、導磁鋼板20、軟磁材料件30、線圈40及一維聲子晶體結構50。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上端兩側。軟磁材料件30為大變形軟磁材料件，設置於導磁鋼架10的兩側支撐部12的頂端，導磁鋼板20進而設置於軟磁材料件30上端。線圈40繞設於導磁鋼架10的兩側支撐部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。
[0017]考慮磁流彈性體的彈性模量受外磁場影響，以及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。本實施例的一維聲子晶體結構選擇三組分結構，即一維聲子晶體結構50由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列30層以上，該一維聲子晶體結構50設置於導磁鋼架10的基座11與導磁鋼板20之間。其中，導磁鋼箔有利於形成閉合磁場，鉛板由於其高密度及低彈性模量作為散射體。
[0018]上述一維聲子晶體結構50中，鋼箔厚度0.0001m，鉛板厚度0.0009m、磁流變彈性體厚度0.0019m。具體地，本實施實例選擇的是鉛板材料的參數為:密度PPb= 11350kgm3,縱波波速CPbl = 2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s，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，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PFe = 7.89 X 103kg.m_3，橡膠密度Pr = 1.2X 103kg.m_3，泊松比0.47。
[0019]上述隔振支座為基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座，其核心部件是三組分一維周期排列的聲子晶體結構50，其組分厚度相對另外兩個維度小得多。其中，導磁鋼箔有利形成封閉的磁場，鉛板由於其高密度且彈性模量較小，易產生彈性波禁帶。當外磁場從0調節到1000KA/m時，彈性波禁帶的頻率位置及大小發生較大變化。本發明實施例通過上述設計，將三種材料構造成一維聲子晶體結構，通過導磁鋼板和導磁鋼箔加載外磁場，調節外磁場就可調節彈性波禁帶。
[0020]圖2為本實施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結構的彈性波禁帶結構圖及對應的透射係數圖，其中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。
[0021]圖3為實施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結構在外磁場調節下的彈性波禁帶變化圖，在外磁場作用下，多個禁帶頻率位置和大小發生變化。通過支座可以對系統中低頻段彈性波振動進行阻隔，通過外磁場可以非接觸式調控彈性波禁帶，可以有選擇地構造一個隔振平臺。
[0022]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】
1.一種基於一維聲子晶體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、線圈及一維聲子晶體結構；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，一維聲子晶體結構設置於導磁鋼架的基座與導磁鋼板之間；所述一維聲子晶體結構由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列若干層。
2.根據權利要求1所述的基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述一維聲子晶體結構中的鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列30層以上。
3.根據權利要求1或2所述的基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述鋼箔厚度0.0001m，鉛板厚度0.0009m、磁流變彈性體厚度0.0019m。
4.根據權利要求3所述的基於一維聲子晶體結構的磁流變彈性體隔振支座，其特徵在於，所述鉛板材料的參數為:密度Ppb = 11350kgm3,縱波波速Cpbl = 2158m/s和橫波波速Cpbt = 860m/s，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，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.πΓ3，橡膠密度 Pr=L 2Χ 103kg.m_3，泊松比 0.47。
5.根據權利要求3所述的基於一維聲子晶體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。
6.根據權利要求5所述的基於一維聲子晶體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左右兩側，所述線圈繞設於兩側的支撐部上。
【文檔編號】F16F6/00GK104251275SQ201410323392
【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