本發(fā)明涉及聲學(xué)黑洞，尤其涉及一種冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、近十年來，聲學(xué)黑洞因其對波的聚集具有寬頻高效、實現(xiàn)方法簡單靈活等特點，在薄壁結(jié)構(gòu)的減振降噪、能量回收等應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢而受到廣泛的關(guān)注。

2、據(jù)現(xiàn)有研究表明，聲學(xué)黑洞通過局部厚度的變化，有效地降低結(jié)構(gòu)中彎曲波的傳播速度，減少了彎曲波從結(jié)構(gòu)邊界的反射，形成具有高能量密度的區(qū)域，從而達到結(jié)構(gòu)減振的目的。

3、經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)，專利號為“2023102233931”的中國發(fā)明專利公開了一種樹形結(jié)構(gòu)的聲學(xué)黑洞動力吸振器設(shè)計方法，方案基于聲學(xué)黑洞原理，通過豎向疊加相同尺寸的雙向聲學(xué)黑洞吸振梁，設(shè)計了一種包含多個聲學(xué)黑洞單元的樹形聲學(xué)黑洞動力吸振器，該發(fā)明通過疊加不同數(shù)量的雙向聲學(xué)黑洞吸振梁成為樹形聲學(xué)黑洞吸振器，實現(xiàn)對減振目標(biāo)的寬頻減振。但是，該發(fā)明在豎直方向疊加雙向聲學(xué)黑洞吸振梁組成樹形聲學(xué)黑洞吸振器，對實用空間需求較高，不符合空間較為局限的使用場景，使用場景及范圍受到很大的限制。而且疊加相同的雙向聲學(xué)黑洞吸振梁組成樹形聲學(xué)黑洞吸振器，對于拓寬聲學(xué)黑洞吸振器的低頻減振頻帶十分有限，達不到預(yù)期減振效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術(shù)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明提供了一種冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器及其設(shè)計方法，用來解決背景技術(shù)中對于低頻減振效果不明顯，使用場景極為受限的技術(shù)問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器，包括：

4、聲學(xué)黑洞吸振梁、連接件以及外框架；

5、所述聲學(xué)黑洞吸振梁由4個一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)組成并以等距方式進行排列；

6、所述一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的每個聲學(xué)黑洞區(qū)域由冪律曲線公式得到，同時將每個聲學(xué)黑洞區(qū)域通過粘合劑把阻尼粘貼于聲學(xué)黑洞區(qū)域所屬一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的表面；

7、所述聲學(xué)黑洞區(qū)域的半徑長度由中間向兩邊隨著冪率曲線公式遞減，所述聲學(xué)黑洞吸振梁與外框架通過連接件進行連接。

8、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器的一種優(yōu)選方案，其中：還包括：

9、所述一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)組合時采用焊接連接；

10、所述聲學(xué)黑洞吸振梁與外框架通過連接件采用焊接方式進行連接；

11、所述粘合劑包括，環(huán)氧樹脂膠、苯乙烯-丁二烯橡膠以及氰基丙烯酸酯膠；

12、所述聲學(xué)黑洞吸振梁通過一體化鑄造或3d打印的方式生成。

13、一種冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法，包括：

14、設(shè)定聲學(xué)黑洞吸振梁、連接件、外框架以及阻尼的物理參數(shù)；

15、設(shè)定冪律指數(shù)和一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)；

16、根據(jù)減振目標(biāo)頻率范圍的上下限，分別得到在上限和下限范圍下最長和最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的半徑與該聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線；

17、基于一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的寬度，確定連接件的幾何尺寸；

18、計算最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑的長度差，并根據(jù)所述長度差設(shè)定聲學(xué)黑洞吸振梁的數(shù)量，基于所述一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的寬度和連接件的幾何尺寸，得到最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁之間等距排列方式的距離；

19、設(shè)定冪律指數(shù)，根據(jù)所述最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁之間等距排列方式的距離和最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑的長度差，確定最長聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線的多項式系數(shù)；

20、根據(jù)所述最長聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線，確定中間聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的長度，同時結(jié)合一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，完成對其余聲學(xué)黑洞吸振梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

21、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述設(shè)定聲學(xué)黑洞吸振梁、連接件、外框架以及阻尼的物理參數(shù)，包括：

22、設(shè)定聲學(xué)黑洞吸振梁、連接件以及外框架的聯(lián)合材料參數(shù)，所述聯(lián)合材料參數(shù)包括，彈性模量e1、泊松比v1、損耗因子η1以及密度ρ1；

23、設(shè)定阻尼的參數(shù)，所述阻尼的參數(shù)包括，彈性模量e2、泊松比v2、損耗因子η2以及密度ρ2。

24、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：設(shè)定冪律指數(shù)和一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，包括：

25、設(shè)定冪律m；

26、設(shè)定一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的均勻部分厚度h1、截斷厚度h2、寬度x以及均勻部分的長度r0，得到阻尼厚度h0。

27、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)減振目標(biāo)頻率范圍的上下限，分別得到在上限和下限范圍下最長和最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的半徑與該聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線，包括：

28、根據(jù)減振目標(biāo)最低頻率范圍的下限f1，得到最長聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的半徑r1，結(jié)合一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，確定冪律曲線中的多項式系數(shù)ε1，得到最長聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線；

29、根據(jù)減振目標(biāo)最低頻率范圍的上限f2，得到最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的半徑r2，結(jié)合一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，確定冪律曲線中的多項式系數(shù)ε2，得到最短聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線。

30、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：基于一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的寬度，確定連接件的幾何尺寸，包括：

31、所述連接件的幾何尺寸包括連接件的長度t和寬度δt。

32、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：計算最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑的長度差，并根據(jù)所述長度差設(shè)定聲學(xué)黑洞吸振梁的數(shù)量，基于所述一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的寬度和連接件的幾何尺寸，得到最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁之間等距排列方式的距離，包括：

33、通過計算得到最長聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑與最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑之間的長度差δr；

34、對最長聲學(xué)黑洞吸振梁和最短聲學(xué)黑洞吸振梁之間的聲學(xué)黑洞吸振梁的數(shù)量y進行設(shè)定，并根據(jù)聲學(xué)黑洞吸振梁的寬度x和連接件的長度t，計算得到最短聲學(xué)黑洞吸振梁和最長聲學(xué)黑洞吸振梁之間等距排列方式的距離δx。

35、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：設(shè)定冪律指數(shù)，根據(jù)所述最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁之間等距排列方式的距離和最長與最短聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑的長度差，確定最長聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線的多項式系數(shù)，包括：

36、根據(jù)所述δr和δx，確定最長的聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑向半徑兩邊遞減的冪律曲線中的多項式系數(shù)。

37、作為本發(fā)明所述的冪律分布的多振子聲學(xué)黑洞寬頻吸振器設(shè)計方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)所述最長聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的冪律曲線，確定中間聲學(xué)黑洞吸振梁中一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)黑洞區(qū)域的長度，同時結(jié)合一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，完成對其余聲學(xué)黑洞吸振梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括：

38、根據(jù)各聲學(xué)黑洞吸振梁的距離和尺寸，設(shè)定外框架的長a、寬b以及邊框?qū)挾圈腷、δa；

39、在聲學(xué)黑洞吸振梁的均勻厚度區(qū)域，通過連接件與其余聲學(xué)黑洞吸振梁、外框架進行連接，完成對冪律分布聲學(xué)黑洞吸振器的設(shè)計。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，發(fā)明有益效果為：

41、1、本發(fā)明通過冪律曲線控制一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的聲學(xué)黑洞區(qū)域尺寸，根據(jù)減振目標(biāo)的上下限頻率范圍，分別計算出最長和最短聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的聲學(xué)黑洞區(qū)域半徑，確保不同尺寸的吸振梁能夠共同作用，有效避開共振點，實現(xiàn)寬頻減振；

42、2、通過計算各聲學(xué)黑洞吸振梁的尺寸和距離，得到外框架的長度、寬度，使得本發(fā)明方案能夠靈活適應(yīng)不同大小和形狀的結(jié)構(gòu)，極大提升了空間利用率；無論是在較大的板材上嵌入還是附加在外部結(jié)構(gòu)上，吸振梁的數(shù)量和尺寸都能根據(jù)空間需求進行動態(tài)優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)吸振器在空間局限性場景中的問題；

43、3、通過根據(jù)一維聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的寬度和連接件的長度、寬度，計算出最短和最長聲學(xué)黑洞吸振梁之間的距離，使得多個吸振梁在減振性能上能夠相互疊加，大幅增強了整體的減振效果，避免了單一吸振梁的局限性。