基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，包括：導(dǎo)磁鋼架、導(dǎo)磁鋼板、軟磁材料件、聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)、鋼箔及線圈；導(dǎo)磁鋼板通過軟磁材料件設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架的支撐部上，聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架基座與導(dǎo)磁鋼板之間，由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞構(gòu)成，鋼箔設(shè)置于若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞的層間。本發(fā)明所提供的隔振支座，引入一種聲子晶體環(huán)形缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)，此外環(huán)形缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)彈性波能量傳播有非常強(qiáng)的局域作用，對(duì)中低頻段彈性波振動(dòng)有更好的阻隔作用。
【專利說明】 基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料、機(jī)械構(gòu)造、電磁技術(shù)等領(lǐng)域，具體涉及一種工程結(jié)構(gòu)中使用的隔振支座。

【背景技術(shù)】
[0002]磁流變彈性體由天然橡膠或者硅橡膠基體和磁性顆粒組成，磁性顆粒在外加磁場(chǎng)條件下會(huì)形成鏈狀聚集結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能可以利用外部磁場(chǎng)連續(xù)、迅速和可逆地控制它的磁流變效應(yīng)，可以動(dòng)態(tài)控制其剛度和阻尼。磁流變彈性體材料在航空航天、汽車、振動(dòng)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]聲子晶體是由兩種或兩種以上彈性材料組成，具有彈性波禁帶特性的周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)。彈性波在周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)形成能帶結(jié)構(gòu)，能帶之間波無法傳播的頻率范圍稱為彈性波禁帶。在禁帶頻率范圍內(nèi)，彈性波將會(huì)被抑制。聲子晶體結(jié)構(gòu)中組分的材料參數(shù)或幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起理想周期結(jié)構(gòu)破壞稱為缺陷。聲子晶體存在缺陷時(shí)，其聲波禁帶范圍內(nèi)將產(chǎn)生缺陷態(tài)。缺陷態(tài)可將處于禁帶范圍內(nèi)的彈性波局域在缺陷處，遠(yuǎn)離缺陷時(shí)，彈性波就迅速衰減，就好像缺陷被全反射墻包圍起來一樣。
[0004]現(xiàn)有的隔振支座多種多樣，但是目前還沒有采用聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)磁流變彈性體的隔振支座。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于聲子晶體環(huán)形缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，能夠?qū)椥圆▊鞑ツ芰亢軓?qiáng)局域作用的。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，包括:導(dǎo)磁鋼架、導(dǎo)磁鋼板、軟磁材料件、聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)、鋼箔及線圈；導(dǎo)磁鋼板通過軟磁材料件設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架的支撐部上，聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架基座與導(dǎo)磁鋼板之間，由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞構(gòu)成，鋼箔設(shè)置于若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞的層間。
[0007]作為具體的技術(shù)方案，所述方形晶格缺陷態(tài)超元胞由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體的3*3矩陣排列的鉛柱體構(gòu)成。
[0008]作為具體的技術(shù)方案，所述3*3矩陣排列的鉛柱體中，中央的鉛柱體的縱向截面為環(huán)形，該中央鉛柱體四周的八個(gè)鉛柱體的縱向截面為方形。
[0009]作為具體的技術(shù)方案，所述方形鉛柱體縱向截面邊長(zhǎng)0.008m、環(huán)形鉛柱體縱向截面內(nèi)外徑分別為0.004m和0.005m。
[0010]作為具體的技術(shù)方案，所述鉛材料的參數(shù)為:密度P Pb = 11350kgm3,縱波波速CPM=2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27 %，鐵顆粒密度P Fe = 7.89X 103kg.m_3，橡膠密度P r = 1.2X103kg.m_3，泊松比0.47，鋼箔的參數(shù)為:密度P s = 7890kgm3，縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s。
[0011]作為具體的技術(shù)方案，所述線圈產(chǎn)生的外磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為0 — 1000KA/m。
[0012]作為具體的技術(shù)方案，所述導(dǎo)磁鋼架的支撐部設(shè)置于基座一側(cè)，所述線圈繞設(shè)于該側(cè)的支撐部上。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所提供的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，與目前的磁流變彈性體隔振支座不同，引入一種聲子晶體環(huán)形缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)，此外環(huán)形缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)彈性波能量傳播有非常強(qiáng)的局域作用，對(duì)中低頻段彈性波振動(dòng)有更好的阻隔作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的隔振支座的構(gòu)造示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的彈性波禁帶結(jié)構(gòu)圖及對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)圖。
[0016]圖3為本實(shí)施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)在禁帶內(nèi)缺陷態(tài)的振幅分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本實(shí)施例提供的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，包括:導(dǎo)磁鋼架10、導(dǎo)磁鋼板20、軟磁材料件30、聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)40、鋼箔50及線圈60。
[0018]導(dǎo)磁鋼架10由基座11和支撐部12構(gòu)成，支撐部12設(shè)置于基座11上端一側(cè)。軟磁材料件30為大變形軟磁材料件，設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架10 —側(cè)的支撐部12的頂端，導(dǎo)磁鋼板20進(jìn)而設(shè)置于軟磁材料件30上端。線圈60繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架10 —側(cè)的支撐部12上，用于產(chǎn)生外磁場(chǎng)，通電線圈外磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為0 — 1000KA/m。
[0019]聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)40設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架基座11與導(dǎo)磁鋼板20之間，聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)40由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞41構(gòu)成。方形晶格缺陷態(tài)超元胞41由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體的3*3矩陣排列的鉛柱體構(gòu)成。所述3*3矩陣排列的鉛柱體中，中央的鉛柱體411的縱向截面為環(huán)形，該中央鉛柱體四周的八個(gè)鉛柱體412的縱向截面為方形。鋼箔50設(shè)置于若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞41的層間。
[0020]上述方形鉛柱體412縱向截面邊長(zhǎng)0.008m、環(huán)形鉛柱體411縱向截面內(nèi)外徑分別為0.004m和0.005m。具體地，本實(shí)施實(shí)例中選擇的鉛材料的參數(shù)為:密度P Pb =11350kgm3,縱波波速CPbl = 2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s,磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27%，鐵顆粒密度9& = 7.89父1031^*111_3，橡膠密度Pr =
1.2X 103kg.πΓ3，泊松比0.47，鋼箔的參數(shù)為:密度P s = 7890kgm3,縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s。
[0021]上述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，核心部件的聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)40由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞41構(gòu)成，方形晶格缺陷態(tài)超元胞41由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體，在3*3的超元胞中間采用截面環(huán)形鉛柱體代替方形柱體，構(gòu)成聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)。超元胞層間的導(dǎo)磁鋼箔有利于形成均勻磁場(chǎng)。本發(fā)明實(shí)施例通過采用此設(shè)計(jì)，將三種材料構(gòu)造成聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)中低頻段彈性波振動(dòng)有較好的阻隔作用。聲子晶體彈性波禁帶受彈性材料彈性模量比值、彈性材料的排列、散射體的形狀大小位置等影響，禁帶范圍內(nèi)的彈性波能量局域受缺陷態(tài)的結(jié)構(gòu)影響。
[0022]圖2為本實(shí)施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的彈性波禁帶結(jié)構(gòu)圖及對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)圖，支座在中低頻范圍內(nèi)存在多個(gè)頻段的禁帶，在禁帶范圍內(nèi)透射系數(shù)非常小，禁帶范圍內(nèi)有缺陷形成的局域態(tài)。
[0023]圖3為本實(shí)施例提供的隔振支座中聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)在禁帶內(nèi)缺陷態(tài)的振幅分布圖，可以明顯看到能量局域在環(huán)形中間。通過支座可以對(duì)系統(tǒng)中低頻段彈性波振動(dòng)進(jìn)行阻隔，環(huán)形缺陷態(tài)對(duì)彈性波能量傳播有非常強(qiáng)的局域作用，可以有效地構(gòu)造一個(gè)隔振系統(tǒng)。
[0024]以上實(shí)施例僅為充分公開而非限制本發(fā)明，基于本發(fā)明創(chuàng)新主旨的、未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等效技術(shù)特征的替換，應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)揭露的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，包括:導(dǎo)磁鋼架、導(dǎo)磁鋼板、軟磁材料件、聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)、鋼箔及線圈；導(dǎo)磁鋼板通過軟磁材料件設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架的支撐部上，聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架基座與導(dǎo)磁鋼板之間，由矩陣排列的若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞構(gòu)成，鋼箔設(shè)置于若干方形晶格缺陷態(tài)超元胞的層間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述方形晶格缺陷態(tài)超元胞由磁流變彈性體及橫向嵌入該磁流變彈性體的3*3矩陣排列的鉛柱體構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述3*3矩陣排列的鉛柱體中，中央的鉛柱體的縱向截面為環(huán)形，該中央鉛柱體四周的八個(gè)鉛柱體的縱向截面為方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述方形鉛柱體縱向截面邊長(zhǎng)0.008m、環(huán)形鉛柱體縱向截面內(nèi)外徑分別為0.004m和0.005m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述鉛材料的參數(shù)為:密度P Pb = 11350kgm3,縱波波速Cpbl = 2158m/s和橫波波速Cpbt = 860m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27%，鐵顆粒密度P =7.89X 103kg.m_3，橡膠密度Pr= 1.2X 103kg.m_3，泊松比0.47，鋼箔的參數(shù)為:密度Ps=7890kgm3,縱波波速 Csl = 5780m/s 和橫波波速 Cst = 3220m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述線圈產(chǎn)生的外磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為O — 1000KA/m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于聲子晶體缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述導(dǎo)磁鋼架的支撐部設(shè)置于基座一側(cè)，所述線圈繞設(shè)于該側(cè)的支撐部上。
【文檔編號(hào)】F16F6/00GK104251274SQ201410322511
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】許振龍, 黃亮國(guó), 尹海昌 申請(qǐng)人:廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院