[实用新型]一种带有非线性能量阱的周期结构

说明书

本实用新型型涉及一种带有非线性能量阱(NES)的周期结构，包括板基体，按照周期性或者拟周期性排列设置在所述基体上m行n列的非线性能量阱，其中非线性能量阱由非线性弹簧、阻尼器和一个小质量块组成。也可以先在板上凸起设置m行n列的由一层软材料和一层硬材料堆叠成的散射体振子，再在每个振子上设置非线性能量阱。当瞬态冲击作用在该周期结构上时，经过设计形成的该亚波长的周期结构能将瞬态冲击能量局部化到非线性附加质量上，从而高效抑制基体结构的瞬态振动。与传统的吸振抗冲击结构相比，这种带有非线性能量阱的周期结构具有附加质量小、振动抑制频带宽、可完成定向靶能量传递、可靠性高、鲁棒性强、无需外界提供能源等优点，在冲击以及冲击防护领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明型涉及一种周期结构,特别是涉及一种带有非线性能量阱的周期结构，属于冲击与冲击防护材料制造的技术领域。

背景技术

周期结构，又称声子晶体，声子晶体的概念由光子晶体衍生而来，在声子晶体中，弹性常数和密度不同的材料周期的进行排列,相互之间连通的材料称为基体,不连通的材料称为散射体。振动通常是以弹性波的形式在周期结构中传播，弹性波带隙又可称为振动带隙。周期结构的弹性波带隙可用于减振，一方面可以为高精度加工系统提供一定频率范围内的无振动加工环境，保证较高的加工精度要求；另一方面可以为特殊精密仪器或设备提供一定频率范围内的无振动工作环境，提高工作精度和可靠性，同时延长其使用寿命。

非线性能量阱(nonlinear energy sink，NES)的概念提出于2000年左右，它是在动力吸振器的基础上发展出来的。线性动力吸振器需要与主结构发生共振以实现减振，这导致其只能应用于振动频率变化较小的设备。弱非线性动力吸振器能够在一定程度上拓宽减振频带，然而它仍然只能从某一特定频带吸收振动能量。半主动式、主动式和混合式吸振器设计，使动力吸振器具有频率跟踪或多频带减振能力，然而这些方案需要额外的能源装置和控制器，因此其应用存在很大局限性。非线性能量阱是一种具有纯非线性刚度的吸振器，由于具有宽频吸振、轻质等优点，吸引了大量研究者的关注。研究表明，非线性能量阱的吸振效能要明显高于传统被动式吸振器。近年来，非线性能量阱被用于抑制多种结构的振动。

发明内容

技术问题：本发明型的目的是提供一种带有非线性能量阱的周期结构，通过在基体板上周期性设置非线性的能量阱，从而实现对瞬态冲击能量的抑制和吸收。

技术方案：本发明型是一种带有非线性能量阱的周期结构，该周期结构包括板基体，以及按照周期性或者拟周期性排列在所述板基体上凸起设置的m行 n列的非线性能量阱；其中非线性能量阱由非线性弹簧、阻尼器和一个小质量块组成；小质量块位于板基体的上方，非线性弹簧和阻尼器分别位于板基体和小质量块之间。

在板基体上凸起设置m行n列的由一层软材料和一层硬材料堆叠成的振子，再在每个振子上设置非线性能量阱。

所述的非线性能量阱和凸起设置的由软材料和硬材料堆叠成的散射体振子在板基体上为单侧或者双侧布置。

所述的非线性能量阱的小质量块为圆柱形，长方体形或者球形。

所述的软材料和硬材料的形状相同或不同，为圆柱形，长方体形。

所述的板基体、非线性能量阱的小质量块以及软材料、硬材料的厚度相同或不同。

所述的m行n列的非线性能量阱组成周期结构的最小的重复单元叫做单胞，各单胞之间的排列形状可以是正方形或正三角形。

所述的板基体的材料为金属、混凝土、陶瓷、纤维增强复合材料或橡胶、聚氨酯材料；软材料为橡胶或聚氨酯高分子材料；硬材料和非线性能量阱的小质量块的材料为金属、混凝土、陶瓷或纤维增强复合材料。

有益效果：与现有技术相比，本发明型具有以下优势：

1)该周期结构相对于其他振动能量吸收器件尺寸小，造价低。同时制作方便，便于标准化生产。