[发明专利]一种用于舰船隔振的声子晶体结构及设计方法

权利要求书

1.一种用于舰船隔振的声子晶体结构，其特征在于：包括声子晶体基体、弹簧和钨块，所述声子晶体基体为周期性分布蜂窝结构，弹簧对称设于蜂窝的内壁上，钨块设于蜂窝内部空腔，外壁与弹簧顶部相抵接，声子晶体基体的顶面及底面的四角位置分别设有上连接块和下连接块，上、下连接块通过接地线相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于舰船隔振的声子晶体结构，其特征在于，所述声子晶体基体由双马来酰胺碳纤维复合材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种用于舰船隔振的声子晶体结构，其特征在于，所述蜂窝为正六角形孔。

4.一种由权利要求3所述的用于舰船隔振的声子晶体结构的设计方法，其特征在于，包括如下内容：

S1)有限元建模，根据运动设备在舰船上的布置安装位置和支撑反力，以声子晶体的弹性波带隙起止频率和隔振量为目标，基于局部共振机理声子晶体原理，并结合静强度、静刚度、抗冲击要求，通过有限元建模确定弹簧刚度、钨块质量和碳纤维复合材料蜂窝结构的晶格参数；

S2)静强度、静刚度的设计校核，根据声子晶体支撑反力和其在舰船上的布置安装位置决定的舰船摇荡加速度和角加速度，采用有限元法计算声子晶体结构的应力和变形，满足许用要求时完成校核，不满足许用要求时返回步骤S1调整设计参数，在满足弹性波带隙和隔振量分布的前提下加强结构，再次进行静强度和静刚度校核，直至满足许用要求；

S3)抗冲击设计校核，根据运动设备的抗冲击等级和起在舰船上的安装位置冲击环境分类，采用动态设计方法计算冲击响应，考核声子晶体结构在冲击环境下的应力和变形，满足许用要求时完成校核，不满足许用要求时返回步骤S1调整设计参数，在满足弹性波带隙和隔振量分布的前提下调整结构，再次进行抗冲击校核。

5.根据权利要求4所述的一种用于舰船隔振的声子晶体结构的设计方法，其特征在于，所述步骤S1)具体包括如下内容：

(1)确定弹簧刚度和钨块质量，局域共振带隙的频率可为弹簧振子的谐振频率f，根据如下公式进行估算：式中，k为弹簧刚度，m为钨块质量；

(2)设蜂窝的组成材料的杨氏模量为E₀，则其在xyz方向的等效杨氏模量分别为：

式中，t为蜂窝芯材厚度，a为六角形蜂窝的边长；

(3)蜂窝的相当密度的计算公式为：式中，ρ₀为蜂窝芯组成材料密度；

(4)蜂窝的面内泊松比为：

(5)蜂窝的相当剪切模量为：式中，G₀为蜂窝芯组成材料剪切模量；

根据式上述得到的等效参数，进行有限建模计算。

6.根据权利要求4所述的一种用于舰船隔振的声子晶体结构的设计方法，其特征在于，所述步骤S3)具体包括如下内容：

根据冯·米塞斯屈服原则，可得有效动应力σ_shock为：

式中，σ_a为某点模态a的动应力的最大

值，σ_a(max)为某点所有模态的动应力的最大值；

设σ_per为工作应力，冲击作用下总应力为：σ_total＝|σ_shock|+|σ_per|；

将总应力与许用应力相比，判断是否满足应力要求。