[发明专利]一种基于声学超材料的变截面管路低频宽带减振装置

说明书

本发明的目的在于提供一种基于声学超材料的变截面管路低频宽带减振装置，包括第一变截面段管路、直管段管路、第二变截面段管路，直管段管路的两端分别连接第一变截面段管路和第二变截面段管路，第一变截面段管路和第二变截面段管路的直径沿背离直管段管路的方向增大，以形成靠近直管段管路一端的最小截面和远离所述直管段管路一端的最大截面，直管段管路外壁沿周向设有局域振子，局域振子包括局域振子质量单元和局域振子弹性单元，局域振子弹性单元夹设于所述直管段管路和局域振子质量单元之间。局域振子弹性单元与局域振子质量单元结合，从而形成宽带低频带隙。弹性单元与质量单元径向与轴向排列，能降低扭转振动、径向振动、轴向振动。

技术领域

本发明涉及的是一种减振装置，具体地说是管路减振装置。

背景技术

声学超材料的研究起源于局域共振型声子晶体。局域共振型声子晶体这一概念最早在2000年被提出。人为地将局域共振单元周期性地排列在弹性介质中就可以构造一个简易的局域共振型声子晶体模型，通过研究发现，其可以在某些特殊范围内形成低频带隙。到了2004年，声学超材料的概念才首次被提出。一种用软硅橡胶散射体埋入水中所形成的新型声子晶体可以在一定的频率范围内表现出特殊的声学参数特性，会出现等效质量密度及等效体积模量都为负的情况。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对低频振动噪声进行控制。目前最常见的构造声学超材料的方式是在基体材料中有规律地或者说周期性地安插可以产生局域共振效应的结构单元。

在管路系统中，中高频的振动及噪声就目前技术而言可以得到很好的控制，如在管道的下游位置安装消声器等。此外，增设缓冲器、设置孔板、滤波器等也可用于抑制管路振动。而低频振动噪声传播距离远、衰减程度小、能量过于集中，因此对于低频振动噪声的控制存在相当大的难度。传统的吸声隔声材料对于低频振动噪声的控制效果并不好，然而，声学超材料作为一种新型的轻质隔声材料，可以在一定程度上解决低频振动噪声不易控制的难题。

综上所述，目前对于管路的中高频振动已有一定的研究基础，但低频减振效果并不理想。传统等截面声学超材料的局域共振带隙带宽窄，其能有效控制的振动噪声频率范围小，这一问题严重限制了声学超材料在工程中的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供将声学超材料的减振机理与管路系统的振动控制问题结合，将这种周期结构运用到变截面管路中，实现100Hz以下低频振动控制的一种基于声学超材料的变截面管路低频宽带减振装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于声学超材料的变截面管路低频宽带减振装置，其特征是：包括第一变截面段管路、直管段管路、第二变截面段管路，直管段管路的两端分别连接第一变截面段管路和第二变截面段管路，且三者同轴，第一变截面段管路和第二变截面段管路的直径沿背离直管段管路的方向增大，以形成靠近直管段管路一端的最小截面和远离所述直管段管路一端的最大截面，直管段管路外壁沿周向设有局域振子，局域振子包括局域振子质量单元和局域振子弹性单元，局域振子弹性单元夹设于所述直管段管路和局域振子质量单元之间。

本发明还可以包括：

1、第一变截面段管路和第二变截面段管路的材料为铝，直管段管路材料为橡胶，第一变截面段管路和第二变截面段管路与直管段管路之间粘接，局域振子弹性单元材料为橡胶，局域振子质量单元材料为铜。

2、局域振子弹性单元沿轴向方向的长度小于直管段管路沿轴向方向的长度，局域振子设于直管段管路的中部。

3、第一变截面段管路长度、直管段管路长度与第二变截面段管路长度相等；局域振子质量单元外径与第一变截面段管路和第二变截面段管路外径相等。

本发明的优势在于：

1.由于局域共振型声学超材料具有低频特性，因此本发明中，局域振子弹性单元与局域振子质量单元结合，从而形成宽带低频带隙。