[发明专利]一种抗冲击平面型准零刚度弹性波超材料装置

说明书

本发明公开一种抗冲击平面型准零刚度弹性波超材料装置，包括质量块和连杆，所述质量块为长方体结构，所述质量块的四个侧面中部均设有上表面和下表面相互贯通的矩形凹槽，每个矩形凹槽其中一侧的侧壁上端和另一侧的侧壁下端均设有连接孔，所述连接孔安装有连接轴；所述质量块通过所述连接轴和所述连杆彼此间相互铰接形成有呈正方形排布的平面型周期结构，每个质量块与其相邻的每个质量块之间通过一组连杆铰接连接，由此形成准零刚度特性。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超构材料技术领域，尤其涉及一种抗冲击平面型准零刚度弹性波超材料装置。

背景技术

近年来，弹性波超材料是日趋热门的新型人造材料，其中一类复合周期性材料称为声子晶体。这种超材料的特殊性能明显强化了结构对弹性波传播的控制能力。当弹性波在声子晶体中传播时会发生色散行为从而形成禁带(带隙)特性。在带隙的频率范围内，弹性波无法从声子晶体中传播。此类减振降噪特性成为了力学、物理学、机械工程、医学等多专业领域的热点课题，引起了世界上众多学者的普遍关注，拥有广泛的研究空间和应用前景。

众所周知，工程结构中发生瞬态冲击等动态荷载作用时，将会导致结构整体或内部的破坏，其中包括结构与材料性能的衰退，甚至可能使得整体结构发生灾难性强度失效。已有研究表明，弹性波超材料在动态冲击波作用下具有较强的传输衰减效果。

通过采用准零刚度的周期结构形式，使得其中准零刚度振子可以具有高静态低动态的刚度特性，将上述振子四方周期性排布，可以构成新型平面型弹性波超材料。通过准零刚度特性的设计，获得较低的整体系统刚度，进而可降低系统的固有频率，实现在低频甚至超低频范围内弹性波与振动的隔离，对于机械结构减振设计具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抗冲击平面型准零刚度弹性波超材料装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抗冲击平面型准零刚度弹性波超材料装置，包括质量块和连杆，所述质量块为长方体结构，所述质量块的四个侧面中部均设有上表面和下表面相互贯通的矩形凹槽，每个矩形凹槽其中一侧的侧壁上端和另一侧的侧壁下端均设有连接孔，所述连接孔安装有连接轴；所述质量块通过所述连接轴和所述连杆彼此间相互铰接形成有呈正方形排布的平面型周期结构，每个质量块与其相邻的每个质量块之间通过一组连杆铰接形成准零刚度特性。

进一步的，所述质量块呈现5×5正方形周期性排列，具有低频带隙特性。

进一步的，所述超材料装置在冲击波激励下，能够产生强衰减响应。

进一步的，两个相互铰接的质量块相互正对的矩形凹槽内通过两个相互交叉设置的连杆铰接。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明装置通过准零刚度特性来实现冲击波下的低频范围内的响应强衰减效果，同时在简谐振动下达到减振隔振的目的。本发明装置在冲击波作用下，可以在5000Hz范围内产生强衰减效果，实现宽频率范围内的减振效果。较以往弹性波超材料装置具有宽低频隔振的优点，可以用于需要抑制特定频率范围内冲击波与简谐振动的传播，可实现对精密仪器在低频振动过程中的保护。与以往隔振装置不同的是，本发明利用铰链连接质量块和连杆实现装置的零旋转刚度。由于结构特殊性，可以在冲击波的激励下，实现5000Hz超宽的低频率范围内的隔振。此外，平面型准零刚度弹性波超材料可以在简谐振动下形成超宽低频带隙。在带隙范围内，振动无法通过装置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超材料装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的装置的俯视表示图。