本發(fā)明涉及隔振抗沖擊裝置，特別是涉及一種聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置。

背景技術(shù)：

開發(fā)高效輕質(zhì)隔振抗沖擊裝置是機(jī)械設(shè)備噪聲及振動舒適性設(shè)計(jì)研究的前沿課題。傳統(tǒng)的隔振抗沖擊裝置主要有單層隔振系統(tǒng)、雙層隔振系統(tǒng)和浮筏隔振系統(tǒng)等。

由于單層隔振系統(tǒng)簡單有效，因此在工程上應(yīng)用廣泛，但它有明顯缺點(diǎn)：(1)當(dāng)機(jī)器的擾動頻率較低時，隔振器剛度必須設(shè)計(jì)得很小，系統(tǒng)穩(wěn)定性差；(2)設(shè)備非剛性、隔振器的高頻駐波效應(yīng)和基礎(chǔ)非剛性的綜合結(jié)果使得傳遞率曲線在高頻時向上翹，并且出現(xiàn)很多共振峰，從而降低了高頻區(qū)的隔振效果。

雙層隔振系統(tǒng)要想獲得好的隔振效果，除了需精心配置隔振器外，還需提供必要的中間質(zhì)量，以達(dá)到必需的質(zhì)量比。通常要求質(zhì)量比大于0.5，最好達(dá)到0.8，提供過多的中間質(zhì)量的開銷是不經(jīng)濟(jì)和不許可的，從而限制了雙層隔振系統(tǒng)的應(yīng)用。

對于浮筏隔振系統(tǒng)，從一般意義上講，這是一個具有分布質(zhì)量、分布彈性和分布阻尼的物理系統(tǒng)，因而是一個連續(xù)參數(shù)系統(tǒng)，要獲得該系統(tǒng)的精確解析解十分困難?，F(xiàn)階段在浮筏設(shè)計(jì)中，采用理論分析或數(shù)值計(jì)算精確考慮基座非剛性的影響還存在技術(shù)處理上的困難，往往需要借助于實(shí)測獲得必要的數(shù)據(jù)，大大增加了裝置開發(fā)成本和周期。

除此之外，目前采用的設(shè)備彈性安裝方式，無論是單層、雙層還是浮筏，都是屬于被動式隔振，低頻段會失效。

此外，上述的各種傳統(tǒng)隔振裝置主要適用于中、高頻的振動問題，但對于低頻段的減振效果不佳。

經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)如下相關(guān)中國專利文獻(xiàn)。

專利文獻(xiàn)A：三明治防彈夾層板，申請?zhí)?01210225023.3，公開號102717542A。專利文獻(xiàn)A的不足之處是：其提出的夾層板無法作為承力結(jié)構(gòu)，僅僅是具有防護(hù)功能。因此，當(dāng)工作定位為承力用途、解決承力問題時，該加層板沒有考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題而只是注重抗爆效果，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能解決承力問題，應(yīng)用面窄。

專利文獻(xiàn)B：仿生負(fù)泊松比材料及其制備方法，申請?zhí)?01210018190.0，公開號103214728A。專利文獻(xiàn)B的不足之處是：其屬于微觀材料設(shè)計(jì)，不存在宏觀結(jié)構(gòu)，其技術(shù)方案單獨(dú)不能滿足減振，抗沖擊(抗爆)以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等多項(xiàng)使用和設(shè)計(jì)指標(biāo)。

本發(fā)明與專利文獻(xiàn)A和專利文獻(xiàn)B相結(jié)合后的方案相比，本發(fā)明是宏觀的主要減振抗沖擊裝置，不是輔助結(jié)構(gòu)，也不是微觀材料設(shè)計(jì)。本發(fā)明綜合考慮了減振，抗沖擊(抗爆)以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等多項(xiàng)使用和設(shè)計(jì)指標(biāo)。通過不同的結(jié)構(gòu)形式和材料選擇，發(fā)揮各個部件的屬性優(yōu)勢，增強(qiáng)了裝置的整體性能。也就是說，本發(fā)明提出的復(fù)合材料負(fù)泊松比蜂窩減振裝置是主承力設(shè)備，而非功能輔助結(jié)構(gòu)。其使用環(huán)境要求其具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，內(nèi)封板和外封板的作用就是增加結(jié)構(gòu)剛度，保證使用的安全性和可靠性。本發(fā)明適用于需要考慮減振抗沖指標(biāo)的所有工程領(lǐng)域，應(yīng)用面廣泛。

本發(fā)明的技術(shù)難點(diǎn)在于：

難點(diǎn)1：技術(shù)難點(diǎn)集中于加工制造方面，特別是蜂窩結(jié)構(gòu)制造。

具體難在：在一定的安裝空間里，隨著蜂窩層數(shù)的增加，蜂窩的尺寸也隨之減小，普通的焊接方式，例如焊槍焊接，已無法將焊槍伸入蜂窩芯內(nèi)部，無法保證蜂窩結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，容易出現(xiàn)脫焊情況。

本發(fā)明解決該難點(diǎn)所采用的制造方法是：本發(fā)明采用真空釬焊或者是整體鑄造的方式來制造蜂窩芯。

難點(diǎn)2：技術(shù)難點(diǎn)在于蜂窩結(jié)構(gòu)分別與上、下面板的連接方法。

具體難在：由于蜂窩孔徑很小，結(jié)構(gòu)縱深又很大，很難保證與上、下面板和蜂窩芯的焊接質(zhì)量。

難點(diǎn)3：技術(shù)難點(diǎn)在于橡膠塊與蜂窩芯的連接安裝。

具體難在：蜂窩芯和橡膠塊的尺寸較小，采用嵌入的方式將橡膠塊嵌入到蜂窩芯中，難以保證橡膠塊與負(fù)泊松比蜂窩芯的胞元結(jié)構(gòu)的胞元壁完全貼合。

本發(fā)明解決該難點(diǎn)所采用的連接方法是：同樣可采用真空釬焊的方式解決蜂窩芯與上面板、下面板，除了真空釬焊，還可以考慮膠黏，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度同樣能夠得到保證。對于橡膠塊與蜂窩芯的嵌入安裝，可將橡膠塊的截面尺寸制造成蜂窩芯內(nèi)凹角的形狀以便于安裝，從而使得橡膠塊與負(fù)泊松比蜂窩芯的胞元結(jié)構(gòu)的胞元壁完全貼合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置，解決目前隔振抗沖擊裝置調(diào)節(jié)參數(shù)少，裝置質(zhì)量大，且低頻隔振性能差的問題。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置，包括隔振器上面板、隔振器下面板、負(fù)泊松比蜂窩芯、鉛塊、橡膠塊；

隔振器上面板、隔振器下面板、負(fù)泊松比蜂窩芯依次連接；

相互連接的鉛塊與橡膠塊設(shè)置在負(fù)泊松比蜂窩芯的胞元結(jié)構(gòu)中。

優(yōu)選地，負(fù)泊松比蜂窩芯、鉛塊、橡膠塊構(gòu)成聲子晶體。

優(yōu)選地，橡膠塊與負(fù)泊松比蜂窩芯的胞元結(jié)構(gòu)的胞元壁的連接采用嵌入方式；鉛塊的延伸方向平行于負(fù)泊松比蜂窩芯的縱深方向；鉛塊嵌入在橡膠塊中，橡膠塊匹配嵌入在負(fù)泊松比蜂窩芯的胞元結(jié)構(gòu)中。

優(yōu)選地，負(fù)泊松比蜂窩芯分別與隔振器上面板、隔振器下面板焊接連接構(gòu)成整體承力設(shè)備。

優(yōu)選地，隔振器上面板為機(jī)械設(shè)備安放面；隔振器下面板能夠通過螺栓連接地板。

優(yōu)選地，負(fù)泊松比蜂窩芯的胞元結(jié)構(gòu)泊松比為負(fù)值，具有拉脹效應(yīng)。

優(yōu)選地，采用真空釬焊方式將隔振器上面板、隔振器下面板分別與負(fù)泊松比蜂窩芯連接。

優(yōu)選地，負(fù)泊松比蜂窩芯是采用整體鑄造的方式制造得到的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明可以確保對于工作頻率10～1000Hz內(nèi)的機(jī)械設(shè)備起到隔振抗沖作用，具有較寬的連續(xù)減振帶隙，且輕質(zhì)高效，調(diào)節(jié)參數(shù)廣，極大的拓展了負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低了使用成本。

2、本發(fā)明對于低頻段10～100Hz內(nèi)的機(jī)械設(shè)備起到隔振抗沖作用。

3、本發(fā)明可調(diào)節(jié)參數(shù)廣，包括上、下面板厚度，負(fù)泊松比蜂窩芯的壁厚、層數(shù)和角度等，抗沖擊性能及低頻隔振性能兼顧，克服了傳統(tǒng)設(shè)備基座笨重低效的缺點(diǎn)，為負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)工程運(yùn)用開拓了新的領(lǐng)域。例如對于500kg，工作頻率在18Hz的機(jī)械設(shè)備，當(dāng)蜂窩層數(shù)為5層，壁厚1mm時，其工作頻率下的減振效果可達(dá)2.3dB，應(yīng)對沖擊的動力學(xué)放大系數(shù)僅為0.186，起到了很好的減振抗沖擊作用。

4、聲子晶體的作用是增強(qiáng)裝置低頻減振性能，能夠?qū)崿F(xiàn)低頻段的隔振效果；上、下面板起支撐作用，增強(qiáng)裝置承載能力，約束蜂窩芯變形；負(fù)泊松比蜂窩芯的作用是利用其自身拉脹效應(yīng)與蜂窩吸能特性，吸收沖擊能量，降低傳遞到底板的沖擊力。

5、本發(fā)明提供的聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明提供的負(fù)泊松比蜂窩芯的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明提供的負(fù)泊松比蜂窩芯的正視圖

圖3為本發(fā)明提供的由蜂窩芯單胞向聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩單胞的變化過程圖。

圖4為本發(fā)明提供的聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明提供的聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置的正視圖。

圖中：

1-隔振器上面板

2-隔振器下面板

3-負(fù)泊松比蜂窩芯

4-鉛塊

5-橡膠塊

300-蜂窩芯的胞元

301-第一類組成單元

302-第二類組成單元

304-蜂窩芯單胞

305-聲子晶體單胞

601-第一空心空間

602-第二空心空間

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖4、圖5所示，為根據(jù)本發(fā)明提供的一種聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置，包括隔振器上面板1、隔振器下面板2、負(fù)泊松比蜂窩芯3、鉛塊4、橡膠塊5；隔振器上面板1、隔振器下面板2、負(fù)泊松比蜂窩芯3依次連接；相互連接的鉛塊4與橡膠塊5設(shè)置在負(fù)泊松比蜂窩芯3的胞元結(jié)構(gòu)中。負(fù)泊松比蜂窩芯3、鉛塊4、橡膠塊5構(gòu)成聲子晶體。橡膠塊5與負(fù)泊松比蜂窩芯3的胞元結(jié)構(gòu)的胞元壁的連接采用嵌入方式；鉛塊4的延伸方向平行于負(fù)泊松比蜂窩芯3的縱深方向；鉛塊4嵌入在橡膠塊5中，橡膠塊5匹配嵌入在負(fù)泊松比蜂窩芯3的胞元結(jié)構(gòu)中。

具體地，如圖3所示，負(fù)泊松比蜂窩芯3、鉛塊4、橡膠塊5所構(gòu)成的聲子晶體結(jié)構(gòu)，其中的鉛塊4、橡膠塊5的尺寸在制備時可進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)任意頻率點(diǎn)的減振效果，從而使得本發(fā)明具有較寬的適用范圍，尤其是本發(fā)明通過聲子晶體的設(shè)計(jì)可有效的實(shí)現(xiàn)低頻段的減振性能。進(jìn)一步地，如圖4、圖5所示，在隔振器上面板1、隔振器下面板2之間連接有3列負(fù)泊松比蜂窩芯的第一類組成單元301，其中，第一類組成單元301的橫截面在圖5中呈梯形形狀，每列含有14個第一類組成單元301。在相鄰列的負(fù)泊松比蜂窩芯的第一類組成單元301之間連接有負(fù)泊松比蜂窩芯的第二類組成單元302。第一類組成單元301內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，形成第一空心空間601。第一類組成單元與第二類組成單元圍成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，形成第二空心空間602。第一類組成單元301與第二類組成單元302采用同樣的材料制成。如圖4所示，鉛塊4為條狀，橡膠塊5為片狀。鉛塊4可以僅部分嵌入在橡膠塊5中。鉛塊4通過橡膠塊5懸掛在負(fù)泊松比蜂窩芯3。

負(fù)泊松比蜂窩芯3分別與隔振器上面板1、隔振器下面板2焊接連接構(gòu)成整體承力設(shè)備。隔振器上面板1為機(jī)械設(shè)備安放面；隔振器下面板2能夠通過螺栓連接地板。負(fù)泊松比蜂窩芯2的胞元結(jié)構(gòu)泊松比為負(fù)值，具有拉脹效應(yīng)。所述聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置采用真空釬焊方式將隔振器上面板1、隔振器下面板2分別與負(fù)泊松比蜂窩芯3連接；負(fù)泊松比蜂窩芯2是采用整體鑄造的方式制造得到的。

本發(fā)明還提供一種所述聲子晶體負(fù)泊松比蜂窩隔振抗沖擊裝置的制備方法，包括通過對聲子晶體中鉛塊4與橡膠塊5的尺寸設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多個或任意頻率點(diǎn)的減振效果。尤其是本發(fā)明通過聲子晶體的設(shè)計(jì)可有效的實(shí)現(xiàn)低頻段的減振性能。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。