[发明专利]一种悬臂梁式声子晶体及参数优化方法

说明书

本发明属于船舶振动控制结构或方法技术领域，尤其涉及一种用于隔振的悬臂梁式声子晶体及参数优化方法。声子晶体包括幂律棱台基体、十字形悬臂梁、质量块；幂律棱台基体包括幂律棱台部和基体部；十字形悬臂梁为十字形平板结构，质量块位于十字形悬臂梁末端；基于本发明的悬臂梁式声子晶体可用于不同材料、不同厚度的振动控制，在实际应用时只需将平板的材料参数与厚度代入，根据平板尺寸与振源频率设计悬臂梁式声子晶体其他部分尺寸与材料，使带隙频段覆盖载荷频率，即可实现对目标频率振动的阻隔。基于本发明的悬臂梁式声子晶体的结构形式，可利用不同弹性模量的材料来制备十字形悬臂梁、用不同密度的材料制备质量块，方便快捷的调节带隙频段。

技术领域

本发明属于船舶振动控制结构或方法技术领域，尤其涉及一种用于隔振的悬臂梁式声子晶体及参数优化方法。

背景技术

船舶振动不仅会影响机械设备的使用寿命，还会危害船员的身体健康。振动对潜艇的危害更为突出，除影响机械设备的使用寿命、危害船员身体健康之外，还会弱化潜艇声隐身性能，恶化潜艇生存能力。船舶振动有高速来流与船体外板相互作用导致的船体振动、螺旋桨桨叶切割不均匀来流产生的螺旋桨振动还有动力装置等大型设备中力不平衡导致的船体振动。其中大型机械装置引起的船体振动是船体振动的重要组成部分。目前针对这一类振动的控制手段主要有通过机械手段产生反相振动来主动控制、在振源与船体连接处使用弹性基座来隔振等。这些方式存在着需要能量输入、低频隔振效果不好等局限性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在设计频段内具有良好隔振效果的声子晶体构型，其通过局域共振效应与能量聚焦效应共同作用产生耦合带隙，从而能以被动的方式对带隙内的低频振动产生优良阻隔效果。并同时提供一种能够快速计算该声子晶体构型、调整和设计隔振频段，优化参数的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种悬臂梁式声子晶体，用于平板结构的减振，设置于平板结构大端面，包括幂律棱台基体1、十字形悬臂梁2、质量块3；

所述幂律棱台基体1包括幂律棱台部10和基体部11；

幂律棱台部10为竖向设置且上端面和下端面为正方形的四棱柱结构，幂律棱台基体1的上端面边长小于下端面边长；所述幂律棱台部10的棱边为幂律曲线形状；

基体部11由幂律棱台部10底部竖直向下延伸形成；基体部11底部与减振目标连接；

所述十字形悬臂梁2为十字形平板结构，所述十字形悬臂梁2固定在幂律棱台1顶部；十字形悬臂梁2的双臂等长且分别与幂律棱台1顶部的边平行设置；十字形悬臂梁2的梁宽与幂律棱台1顶部正方形的边长一致；

所述质量块3位于十字形悬臂梁2末端。

对前述悬臂梁式声子晶体的进一步改进或优化，幂律棱台部10的棱边对应的幂律曲线函数为：

曲线函数坐标以幂律棱台基体1底部角点为原点，以底部过角点的边长方向为x轴；其中a是指幂律棱台部10底部边长，b是指幂律棱台部10顶部边长，H_B指幂律棱台基体1的总高度，h_A是基体部11的高度，p为大于2的幂函数幂次。

对前述悬臂梁式声子晶体的进一步改进或优化，悬臂式声子晶体中幂律棱台基体1选用聚碳酸酯，十字形悬臂梁2与质量块3选用304不锈钢；

本申请还提供一种悬臂梁式声子晶体的参数优化方法，包括如下步骤：

步骤1.获取减振目标的基础参数；

所述基础参数至少包括减振目标的弹性模量、泊松比、密度、几何参数、以及作用于钢板的载荷频率；

步骤2.根据平板结构的尺寸确定悬臂梁式声子晶体的周期数，确定悬臂梁式声子晶体的材料参数和几何尺寸；