一种具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架及其制备方法

本发明属于振动控制，具体涉及一种具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架及其制备方法。

背景技术：

1、浮筏隔振技术可以有效抑制机械设备振动产生的弹性波向船体的传递，被认为是实现潜艇声隐身的有效技术手段。潜艇在航行过程中大多以中低速航行，在此过程中主要产生低频振动，低频振动可以远距离传输，导致潜艇丧失隐蔽性。

2、现有的添加被动或主动隔振器的方法往往减振频段狭窄或结构复杂，筏架作为浮筏隔振平台的主要组成部分，其减隔振性能未得到有效开发。因此，仍需要提出新的设计方法对传统筏架进行改进，以达到低频减振的效果。

3、局域共振型声学超材料因其具有局域共振单元，当弹性波的频率与局域共振单元的固有频率接近时，弹性波的能量被局域共振单元消耗，因此可以产生局域共振带隙，在此带隙内弹性波可以被有效抑制；能实现弹性波抑制的超材料技术被认为是实现低频减振的一种新技术，目前在航空航天领域和船舶领域均有应用探索，将该设计方法与浮筏筏架设计结合有望实现浮筏筏架的低频振动抑制。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架及其制备方法，所述超结构浮筏板式筏架除了维持传统浮筏筏架的高承载性能之外，通过引入局域共振单元，使浮筏筏架具有低频减振性能。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，包括圆柱橡胶、圆柱金属质量块、竖直杆、上面板、下面板；所述圆柱橡胶与圆柱金属质量块连接组成共振单元；所述上面板与下面板通过竖直杆相连组成夹层结构；所述共振单元周期排布在夹层结构中；

4、所述圆柱橡胶一端中心处有螺栓，另一端嵌有薄铁片，所述圆柱金属质量块一端中心处有螺孔，所述圆柱橡胶通过螺栓与圆柱金属质量块的螺孔连接；

5、所述上面板表面均等分为四个方形区域，所述上面板开有圆孔，圆孔大小一致，均匀分布在上面板在四个区域，每个区域圆孔周期排布；

6、所述下面板开有圆孔，与上面板圆孔大小及排布相同，下面板圆孔附加两个正交短梁；所述共振单元对称布置在下面板圆孔的正交短梁上；

7、所述四个区域中每个区域圆柱金属质量块相同，不同区域的圆柱金属质量块高度不同。

8、所述竖直杆为圆杆，竖直杆对称布置在圆孔的四周。

9、有益效果：本发明提供了一种低频减振特性的超结构浮筏板式筏架及其制备方法，与现有技术相比，本发明具有以下优势：

10、1、本发明将声学超材料设计方法和浮筏筏架设计相结合，通过添加局域共振单元的方法构建了具有低频振动抑制性能的超结构浮筏板式筏架，由于共振单元的存在，该结构存在局域共振型带隙，在带隙频率范围内弹性波被有效抑制，实现减振；

11、2、本发明可以通过改变共振单元的结构参数或材料实现带隙调控，达到按需调控的目的，提高共振单元中圆柱金属质量块的高度或降低圆柱橡胶的弹性模量可以降低带隙起始频率；

12、3、本发明在板式筏架的四个区域，通过布置具有不同高度的圆柱金属质量块，可以实现拓宽振动衰减带隙频率范围的效果；

13、4、本发明相较于传统声学超材料，采用了由竖直杆和面板组成的点阵夹层板作为主要承载结构，将局域共振单元嵌入芯层形成超结构，因点阵夹层结构具有轻质高强的特点，使得整体筏架结构兼具优越的静力承载能力与振动抑制功能于一体；

14、5、本发明提供的筏架在双层浮筏系统中使用，带隙范围不受影响，在双层浮筏隔振系统中依然保持着很好的隔振性能。

技术特征：

1.一种具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，包括竖直杆、上面板、下面板、共振单元；所述上面板与下面板通过竖直杆相连组成夹层结构；所述共振单元周期排布在夹层结构中。

2.根据权利要求1所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述上面板表面均等分为四个方形区域，所述上面板开有圆孔，圆孔大小一致，均匀分布在上面板在四个区域，每个区域圆孔周期排布。

3.根据权利要求2所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述下面板开有圆孔，与上面板圆孔大小及排布相同。

4.根据权利要求1或3所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述下面板圆孔设置两个正交短梁，所述共振单元对称布置在下面板圆孔的正交短梁上。

5.根据权利要求4所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述共振单元由圆柱橡胶与圆柱金属质量块连接组成。

6.根据权利要求5所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述圆柱橡胶一端中心处有螺栓，另一端嵌有薄铁片，所述圆柱金属质量块一端中心处有螺孔，所述圆柱橡胶通过螺栓与圆柱金属质量块的螺孔连接，设有薄铁片的一端与正交短梁连接。

7.根据权利要求6所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述四个区域中每个区域圆柱金属质量块相同，不同区域的圆柱金属质量块高度不同。

8.根据权利要求2或3所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，所述竖直杆为圆杆，竖直杆对称布置在圆孔的四周。

9.根据权利要求7所述的具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架，其特征在于，通过改变圆柱橡胶、圆柱金属质量块的材料或结构参数调节筏架振动抑制的频率范围。

10.权利要求1-9任一项所述具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种具有低频减振特性的超结构浮筏板式筏架及其制备方法，属于振动控制领域，将该结构作为双层浮筏隔振系统中的中间筏架能够达到低频减振效果。本发明超结构浮筏板式筏架包括：圆柱橡胶和圆柱金属质量块构成的共振单元、竖直杆、含周期圆孔的上面板以及开孔后附加正交短梁的下面板；所述超结构浮筏板式筏架具有局域共振型带隙，可以有效抑制低频弹性波传播，通过特定设计可以实现特定频段的振动抑制；另外这种杆系点阵夹层结构具有优越的承载能力，使本发明结构集高承载与低频振动抑制性能于一体。技术研发人员：安西月,袁新烽,范华林,和卫平,赖长亮,孙国庆,侯煊煊受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18