本發(fā)明涉及減振降噪，具體涉及一種增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)及環(huán)肋圓柱殼。

背景技術(shù)：

1、在工程領(lǐng)域，振動(dòng)問題一直是一個(gè)關(guān)鍵的問題，尤其是在航空航天、船舶和交通等對(duì)結(jié)構(gòu)完整性和舒適性要求極高的行業(yè)中。振動(dòng)不僅會(huì)引起結(jié)構(gòu)疲勞和性能下降，還會(huì)對(duì)人員造成不適。傳統(tǒng)的減振方法包括使用阻尼材料、隔振器等方法，雖然在一定程度上有效，但往往伴隨著重量顯著增加，成本上升或設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加等問題，尤其是低頻段減振效果不佳。

2、聲學(xué)黑洞(acoustic?black?hole，abh)作為一種新的減振技術(shù)，具有質(zhì)量小、低頻減振、頻帶范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，其原理是利用結(jié)構(gòu)內(nèi)部阻抗的變化，使得彎曲波在結(jié)構(gòu)中傳播的相速度和群速度發(fā)生改變。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)abh的效應(yīng)方式主要是通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的厚度，使得到邊緣距離滿足一定的條件，即彎曲波波數(shù)在波長(zhǎng)尺度上變化很小。指數(shù)大于2的冪函數(shù)是滿足條件的常見形式之一，理論上，當(dāng)厚度逐漸減小為0時(shí)，可以使得波速降為0，不會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。然而，由于現(xiàn)實(shí)abh尖端具有一定的截?cái)嗪穸龋斐刹芰烤奂诩舛?，?yán)重影響對(duì)波的吸收。故往往在abh尖端布置少量的均勻阻尼，從而盡可能地吸收波能量。

3、現(xiàn)有的附加式聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)為達(dá)到較好的效果，往往設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)，對(duì)空間的占據(jù)較大，同時(shí)由于一般聲學(xué)黑洞具有較高的截止頻率，通常在較高頻段才能實(shí)現(xiàn)較好的振動(dòng)抑制效果。但在實(shí)際生產(chǎn)生活中，許多機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)頻率通常保持在較低頻段，進(jìn)而造成其減振效果不顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)及環(huán)肋圓柱殼，能夠在較低的空間占有率下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低頻減振及寬頻減振。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，包括螺旋卷曲部分和用于將所述螺旋卷曲部分安裝于待減振結(jié)構(gòu)上的安裝件，所述螺旋卷曲部分包括延伸增強(qiáng)厚度部分、阻尼部分和厚度漸變的一維聲學(xué)黑洞板條，所述阻尼部分緊貼設(shè)置于所述延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)圈壁上，且所述阻尼部分的內(nèi)端與所述延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)端齊平；所述延伸增強(qiáng)厚度部分的外端與所述安裝件端部相連，所述阻尼部分外端與所述安裝件端部之間的所述延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)圈壁上緊貼設(shè)置有所述一維聲學(xué)黑洞板條，所述一維聲學(xué)黑洞板條的較厚一端與所述安裝件端部相連，所述一維聲學(xué)黑洞板條的較薄一端與所述阻尼部分相連。

4、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述一維聲學(xué)黑洞板條的下表面為平面并與所述延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)圈壁緊貼，所述一維聲學(xué)黑洞板條的上表面為楔面。

5、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述一維聲學(xué)黑洞板條的較薄一端被夾設(shè)于所述延伸增強(qiáng)厚度部分和所述阻尼部分之間。

6、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，當(dāng)所述一維聲學(xué)黑洞板條完全展開時(shí)，所述一維聲學(xué)黑洞板條和下方對(duì)應(yīng)的所述延伸增強(qiáng)厚度部分的厚度之和h(x)的表達(dá)式為：

7、h(x)＝ht+εxm；

8、其中，ht為延伸增強(qiáng)厚度部分的厚度；x為橫坐標(biāo)；m為常數(shù)，且m≥2；ε為用于縮放abh的厚度系數(shù)。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述螺旋卷曲部分由延伸增強(qiáng)厚度部分、阻尼部分和一維聲學(xué)黑洞板條，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)阿基米德螺旋線的形式卷曲螺旋形成。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述延伸增強(qiáng)厚度部分、阻尼部分和一維聲學(xué)黑洞板條的寬度均相同。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述阻尼部分的厚度應(yīng)大于所述延伸增強(qiáng)厚度部分的厚度兩倍。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述延伸增強(qiáng)厚度部分和所述阻尼部分均為厚度恒定的帶狀結(jié)構(gòu)。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述延伸增強(qiáng)厚度部分和所述一維聲學(xué)黑洞板條的材質(zhì)均為鋼材。安裝件的材質(zhì)為鋼材。所述延伸增強(qiáng)厚度部分、一維聲學(xué)黑洞板條和安裝件之間為一體成型結(jié)構(gòu)。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述阻尼部分的材質(zhì)為瀝青。

15、一種環(huán)肋圓柱殼，所述環(huán)肋圓柱殼的腹板和/或外殼上安裝有所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)。

16、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

17、1、本發(fā)明提出的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)輕量化、易安裝，其是通過延伸增強(qiáng)厚度部分、阻尼部分和一維聲學(xué)黑洞板條螺旋卷曲而成，作為一種附加的減振元件，可以大大延伸聲學(xué)黑洞的有效長(zhǎng)度，在一維聲學(xué)黑洞板條的變厚度區(qū)域，波的傳播速度隨著厚度的冪律遞減而逐漸減小，從而導(dǎo)致波聚集在一維聲學(xué)黑洞板條尖端，進(jìn)而通過阻尼部分耗散，使得波能量被大大吸收，同時(shí)幾乎不改變被減振結(jié)構(gòu)的固有特性。

18、2、以往的聲學(xué)黑洞為實(shí)現(xiàn)較好的效果往往尺寸設(shè)計(jì)的較大，而本發(fā)明的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)打破了這種思維定式，其可以極大地節(jié)省空間占有率，同時(shí)可以使得聲學(xué)黑洞的截止頻率設(shè)計(jì)的極低，在低頻段就能顯著地抑制對(duì)被減振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

19、3、本發(fā)明的安裝件部分可以靈活設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。

技術(shù)特征：

1.一種增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括螺旋卷曲部分(1)和用于將所述螺旋卷曲部分(1)安裝于待減振結(jié)構(gòu)上的安裝件(2)，所述螺旋卷曲部分(1)包括延伸增強(qiáng)厚度部分(101)、阻尼部分(102)和厚度漸變的一維聲學(xué)黑洞板條(103)，所述阻尼部分(102)緊貼設(shè)置于所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的內(nèi)圈壁上，且所述阻尼部分(102)的內(nèi)端與所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的內(nèi)端齊平；所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的外端與所述安裝件(2)端部相連，所述阻尼部分(102)外端與所述安裝件(2)端部之間的所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的內(nèi)圈壁上緊貼設(shè)置有所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)，所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)的較厚一端與所述安裝件(2)端部相連，所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)的較薄一端與所述阻尼部分(102)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)的下表面(105)為平面并與所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的內(nèi)圈壁緊貼，所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)的上表面(104)為楔面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)的較薄一端被夾設(shè)于所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)和所述阻尼部分(102)之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：當(dāng)所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)完全展開時(shí)，所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)和下方對(duì)應(yīng)的所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的厚度之和h(x)的表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述螺旋卷曲部分(1)由延伸增強(qiáng)厚度部分(101)、阻尼部分(102)和一維聲學(xué)黑洞板條(103)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)阿基米德螺旋線的形式卷曲螺旋形成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)、阻尼部分(102)和一維聲學(xué)黑洞板條(103)的寬度均相同。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述阻尼部分(102)的厚度應(yīng)大于所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)的厚度兩倍。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)和所述阻尼部分(102)均為厚度恒定的帶狀結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述延伸增強(qiáng)厚度部分(101)和所述一維聲學(xué)黑洞板條(103)的材質(zhì)均為鋼材，所述阻尼部分(102)的材質(zhì)為瀝青。

10.一種環(huán)肋圓柱殼(3)，其特征在于：所述環(huán)肋圓柱殼(3)的腹板(301)和/或外殼(302)上安裝有權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及減振降噪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)厚度的螺旋型聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)及環(huán)肋圓柱殼，包括螺旋卷曲部分和用于將螺旋卷曲部分安裝于待減振結(jié)構(gòu)上的安裝件，螺旋卷曲部分包括延伸增強(qiáng)厚度部分、阻尼部分和厚度漸變的一維聲學(xué)黑洞板條，阻尼部分緊貼設(shè)置于延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)圈壁上，且阻尼部分的內(nèi)端與延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)端齊平；延伸增強(qiáng)厚度部分的外端與安裝件端部相連，阻尼部分外端與安裝件端部之間的延伸增強(qiáng)厚度部分的內(nèi)圈壁上緊貼設(shè)置有一維聲學(xué)黑洞板條，一維聲學(xué)黑洞板條的較厚一端與安裝件端部相連，一維聲學(xué)黑洞板條的較薄一端與阻尼部分相連。本發(fā)明能夠在較低的空間占有率下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低頻減振及寬頻減振。

技術(shù)研發(fā)人員：林永水,王蔚浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6