[发明专利]一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁

说明书

一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁，属于机械振动和噪声控制技术领域，主要为了解决现有技术中的等截面声学超材料的局域共振带隙带宽窄，导致其减振降噪的有效频率范围小，从而限制了声学超材料在工程实际应用的问题，本发明中所述一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁包括M个阶梯梁组件，M为正整数，M个阶梯梁组件沿长度长方向依次设置，且相邻两个阶梯梁组件之间固定连接，每个阶梯梁组件包括一个阶梯梁主体和一个双自由度局域共振单元，本发明主要应用于声学超材料宽频禁带的减振降噪性能研究。

技术领域

本发明属于机械振动和噪声控制技术领域，具体涉及一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁。

背景技术

声学超材料是一种具有与自然界中物质迥然相异超常物理性质(负质量密度、负弹性模量等)的局域共振型声子晶体(周期结构)。它能够在结构尺寸的亚波长频带内产生低频局域共振带隙，该特性可实现通过小尺寸结构阻隔低频振动噪声。但传统等截面声学超材料的局域共振带隙带宽窄，导致其减振降噪的有效频率范围小，这一瓶颈极大地限制了声学超材料在工程实际的广泛应用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的等截面声学超材料的局域共振带隙带宽窄，导致其减振降噪的有效频率范围小，从而限制了声学超材料在工程实际应用的问题，进而提供了一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁。

一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁，所述一种具有双自由度局域共振单元的变截面声学超材料梁包括M个阶梯梁组件，M为正整数，M个阶梯梁组件沿长度长方向依次设置，且相邻两个阶梯梁组件之间固定连接；

进一步地，所述阶梯梁组件包括一个阶梯梁主体和一个双自由度局域共振单元，每个双自由度局域共振单元固定连接在一个阶梯梁主体上，相邻两个阶梯梁组件中的阶梯梁主体固定连接；

进一步地，所述一个阶梯梁主体中包括细梁段和粗梁段，细梁段和粗梁段均为长方体，细梁段的一端与粗梁段的一端一体设置，相邻两个阶梯梁主体中前一个阶梯梁主体中粗梁段的另一端与后一个阶梯梁主体中细梁段的另一端固定连接；

进一步地，所述双自由度局域共振单元包括上橡胶柱、一号质量块、下橡胶柱和二号质量块，上橡胶柱、一号质量块、下橡胶柱和二号质量块均为圆柱体，且上橡胶柱、一号质量块、下橡胶柱和二号质量块由上至下依次设置，上橡胶柱的底端与一号质量块的顶端粘接，一号质量块的底端与下橡胶柱的顶端粘接，下橡胶柱的底端与二号质量块的顶端粘接，上橡胶柱的顶端与细梁段的下表面粘接；

进一步地，所述上橡胶柱的端面直径值为L1，细梁段的下表面宽度值为L2，L1＝L2；

进一步地，所述上橡胶柱的端面圆心与细梁段的下表面形心同轴设置；

进一步地，所述上橡胶柱、一号质量块、下橡胶柱和二号质量块的端面直径值相同；

进一步地，所述上橡胶柱的高度小于下橡胶柱的高度；

进一步地，所述二号质量块的高度小于一号质量块的高度；

进一步地，所述M的取值范围为4-10个。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供的装置中的阶梯梁与上橡胶柱粘接面、上橡胶柱与上质量块粘接面、上质量块与下橡胶柱粘接面、下橡胶柱与下质量块粘接面稳固相连，使相应位移协调。将阶梯梁的细梁段下表面宽度设计为与上橡胶柱横截面直径一致的扁平状结构，保证了阶梯梁与局域共振单元粘接牢固可靠。

2、通过本发明设计多组不同参数的阶梯梁结构，有利于研究探索由变截面梁段周期性排列而产生的Bragg带隙和由橡胶柱质量块结构局域共振而产生的局域共振带隙之间的相互作用关系。对于发现新的减隔振技术手段和途径具有重要的理论和实际意义。