本發(fā)明屬于吸聲降噪的，尤其涉及一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元及隔振裝置。

背景技術(shù)：

1、振動(dòng)問題與人類日常生活和科技發(fā)展緊密相關(guān)。振動(dòng)不僅會(huì)干擾人類的生活、影響人類健康，也會(huì)造成建筑物、機(jī)械設(shè)備和精密儀器無法正常使用甚至損壞。在航空航天、汽車工程、船舶工程、大型結(jié)構(gòu)及精密儀器加工等領(lǐng)域，人們利用彈性元件的變形形成有效的振動(dòng)隔離，提高人員和裝備的安全性、穩(wěn)定性、可控性和舒適性?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)的大型化和復(fù)雜化發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)的隔振效果提出了新挑戰(zhàn)。然而，基于線性理論的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在分析和應(yīng)用中出現(xiàn)了無法調(diào)和的矛盾，即若要拓寬隔振頻帶,就必須降低隔振結(jié)構(gòu)的剛度,這必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降。針對(duì)承載與隔振之間的矛盾關(guān)系，諸多研究者提出了準(zhǔn)零剛度的被動(dòng)隔振方法以及可調(diào)剛度的主動(dòng)隔振方法。

2、申請(qǐng)?zhí)枮椤癱n217301390u”，名稱為“基于彈性材料構(gòu)成的一維準(zhǔn)零剛度超材料非線性隔振裝置”的發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種由單晶胞陣列組成的一維準(zhǔn)零剛度超材料；針對(duì)大多數(shù)準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)都是基于正負(fù)剛度元件并聯(lián)導(dǎo)致的裝配誤差大、可靠性差和摩擦力較高等問題，該專利采用了彈性元件自身的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了正負(fù)剛度的并聯(lián)，提高了整體可靠性，降低了制造成本，有效實(shí)現(xiàn)了低頻隔振。該專利雖提出了一種具有優(yōu)異隔振效果的準(zhǔn)零剛度超材料，但應(yīng)對(duì)不同環(huán)境受力的能力有限，當(dāng)受力大于達(dá)到準(zhǔn)零剛度平衡位置時(shí)，該發(fā)明便無法發(fā)揮低頻隔振的效果。

3、申請(qǐng)?zhí)枮椤癱n117145936a”，名稱為“一種鋁合金式可調(diào)剛度力學(xué)超結(jié)構(gòu)”的發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種主動(dòng)控制剛度的齒輪組超結(jié)構(gòu)；包括外層齒圈、外層行星輪、內(nèi)外行星輪、異型太陽輪組成，在工作過程中通過操縱控制手舵和控制齒輪，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度的光滑控制，解決了現(xiàn)有剛度可調(diào)裝置存在的不易調(diào)節(jié)以及調(diào)節(jié)范圍小等缺陷，但因其采用齒輪嚙合裝置，對(duì)零件的強(qiáng)度要求較高，無法在較低頻段對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有效的振動(dòng)隔離，且有過多附加設(shè)備、增加了結(jié)構(gòu)整體尺寸與重量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有的不足，提供一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元及隔振裝置。本發(fā)明具有剛度變化連續(xù)、變化范圍廣，可以有效解決不同環(huán)境下承載與隔振的矛盾關(guān)系。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，包括上面板、下面板以及設(shè)置在上面板和下面板之間的至少一個(gè)彈簧曲梁，彈簧曲梁包括上弧形硬質(zhì)梁段、中彈性段和下弧形硬質(zhì)梁段，中彈性段上端與上弧形硬質(zhì)梁段固定連接，下端與下弧形硬質(zhì)梁段連接，且中彈性段中心與上弧形硬質(zhì)梁段和下弧形硬質(zhì)梁段的弧心重疊，上弧形硬質(zhì)梁段與上面板下表面連接，上弧形硬質(zhì)梁段與上面板能在固定配合和滑動(dòng)配合間切換，下弧形硬質(zhì)梁段與下面板上表面連接，下弧形硬質(zhì)梁段與下面板能在固定配合和滑動(dòng)配合間切換，上弧形硬質(zhì)梁段相對(duì)于上面板滑動(dòng)、下弧形硬質(zhì)梁段相對(duì)于下面板滑動(dòng)時(shí)，中彈性段與水平面的傾斜角度改變，中彈性段的中心設(shè)置有連接孔。

4、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

5、中彈性段上端與上弧形硬質(zhì)梁段的左端固定連接，中彈性段下端與下弧形硬質(zhì)梁段右端固定連接，使彈簧曲梁呈s形結(jié)構(gòu)。

6、上面板的下表面設(shè)置有上滑座，上弧形硬質(zhì)梁段上設(shè)置有左右走向的上滑槽，上滑座卡在上滑槽中，并與上滑槽滑動(dòng)配合，下面板的上表面設(shè)置有下滑座，下弧形硬質(zhì)梁段上設(shè)置有左右走向的下滑槽，下滑座卡在下滑槽中，并與下滑槽滑動(dòng)配合。

7、上滑槽右端開口于上弧形硬質(zhì)梁段右端，上滑槽右端可拆卸式套有一上堵頭，上堵頭用于封堵上滑槽右端，下滑槽左端開口于下弧形硬質(zhì)梁段左端，下滑槽左端可拆卸式套有一下堵頭，下堵頭用于封堵下滑槽左端。

8、上面板的下表面設(shè)置有與上弧形硬質(zhì)梁段上表面形狀相適應(yīng)的上弧形板，上滑座固定在上弧形板的下表面，下面板的上表面設(shè)置有與下弧形硬質(zhì)梁段下表面形狀相適應(yīng)的下弧形板，下滑座固定在下弧形板的上表面，上弧形硬質(zhì)梁段與上面板固定配合時(shí)，上弧形板與上弧形硬質(zhì)梁段相抵觸，下弧形硬質(zhì)梁段與下面板固定配合時(shí)，下弧形板與下弧形硬質(zhì)梁段相抵觸。

9、上弧形硬質(zhì)梁段和下弧形硬質(zhì)梁段的剛度大于中彈性段，上面板和下面板的剛度不小于上弧形硬質(zhì)梁段和下弧形硬質(zhì)梁段。

10、上面板、下面板以及彈簧曲梁均由3d打印制造。

11、彈簧曲梁的數(shù)量為多個(gè)，彈簧曲梁在上面板和下面板之間的排列要求為：各彈簧曲梁的連接孔同軸。

12、上面板和下面板結(jié)構(gòu)相同，上弧形硬質(zhì)梁段和下弧形硬質(zhì)梁段結(jié)構(gòu)相同。

13、一維可調(diào)剛度超材料隔振裝置，由多個(gè)一維可調(diào)剛度超材料隔振單元依次疊設(shè)定位而成，疊設(shè)方式為：一維可調(diào)剛度超材料隔振單元的上面板或下面板與相鄰一維可調(diào)剛度超材料隔振單元的下面板或上面板相固定。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、(1)本發(fā)明的一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，包括上面板、下面板以及彈簧曲梁，彈簧曲梁能通過轉(zhuǎn)動(dòng)，改變中彈性段與水平面的夾角，當(dāng)中彈性段與水平面夾角大時(shí)，隔振單元支撐剛度低，當(dāng)中彈性段與水平面夾角小時(shí)，隔振單元支撐剛度高，通過調(diào)節(jié)s形彈簧曲梁的有效支撐剛度，實(shí)現(xiàn)了超材料剛度變化的連續(xù)性和平滑性，有效實(shí)現(xiàn)了剛度的大范圍變化，能夠適應(yīng)不同工況下對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的要求。

16、(2)本發(fā)明利用曲梁的彈性變形，在特定工作頻段具有優(yōu)異的隔振特性，有效降低了因外部環(huán)境振動(dòng)而引起的結(jié)構(gòu)受損，可應(yīng)用于航空航天、船舶和衛(wèi)星等方面的隔振中。

17、(3)本發(fā)明采用3d打印技術(shù)加工并組裝，方便設(shè)計(jì)零件，具有高靈活性與可調(diào)性。

18、(4)由于本發(fā)明采用組件數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，因此制造周期短、設(shè)計(jì)效果顯著，具有一定實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：包括上面板(1)、下面板(3)以及設(shè)置在上面板(1)和下面板(3)之間的至少一個(gè)彈簧曲梁(2)，所述的彈簧曲梁(2)包括上弧形硬質(zhì)梁段(21)、中彈性段(22)和下弧形硬質(zhì)梁段(23)，中彈性段(22)上端與上弧形硬質(zhì)梁段(21)固定連接，下端與下弧形硬質(zhì)梁段(23)連接，且中彈性段(22)中心與上弧形硬質(zhì)梁段(21)和下弧形硬質(zhì)梁段(23)的弧心重疊，所述的上弧形硬質(zhì)梁段(21)與上面板(1)下表面連接，上弧形硬質(zhì)梁段(21)與上面板(1)能在固定配合和滑動(dòng)配合間切換，所述的下弧形硬質(zhì)梁段(23)與下面板(3)上表面連接，下弧形硬質(zhì)梁段(23)與下面板(3)能在固定配合和滑動(dòng)配合間切換，所述的上弧形硬質(zhì)梁段(21)相對(duì)于上面板(1)滑動(dòng)、下弧形硬質(zhì)梁段(23)相對(duì)于下面板(3)滑動(dòng)時(shí)，所述的中彈性段(22)與水平面的傾斜角度改變，所述的中彈性段(22)的中心設(shè)置有連接孔(24)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的中彈性段(22)上端與上弧形硬質(zhì)梁段(21)的左端固定連接，所述的中彈性段(22)下端與下弧形硬質(zhì)梁段(23)右端固定連接，使彈簧曲梁(2)呈s形結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的上面板(1)的下表面設(shè)置有上滑座(11)，所述的上弧形硬質(zhì)梁段(21)上設(shè)置有左右走向的上滑槽(21a)，所述的上滑座(11)卡在上滑槽(21a)中，并與上滑槽(21a)滑動(dòng)配合，所述的下面板(3)的上表面設(shè)置有下滑座(31)，所述的下弧形硬質(zhì)梁段(23)上設(shè)置有左右走向的下滑槽(23a)，所述的下滑座(31)卡在下滑槽(23a)中，并與下滑槽(23a)滑動(dòng)配合。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的上滑槽(21a)右端開口于上弧形硬質(zhì)梁段(21)右端，上滑槽(21a)右端可拆卸式套有一上堵頭(21b)，所述的上堵頭(21b)用于封堵上滑槽(21a)右端，所述的下滑槽(23a)左端開口于下弧形硬質(zhì)梁段(23)左端，下滑槽(23a)左端可拆卸式套有一下堵頭(23b)，所述的下堵頭(23b)用于封堵下滑槽(23a)左端。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的上面板(1)的下表面設(shè)置有與上弧形硬質(zhì)梁段(21)上表面形狀相適應(yīng)的上弧形板(12)，所述的上滑座(11)固定在上弧形板(12)的下表面，所述的下面板(3)的上表面設(shè)置有與下弧形硬質(zhì)梁段(23)下表面形狀相適應(yīng)的下弧形板(32)，所述的下滑座(31)固定在下弧形板(32)的上表面，所述的上弧形硬質(zhì)梁段(21)與上面板(1)固定配合時(shí)，上弧形板(12)與上弧形硬質(zhì)梁段(21)相抵觸，下弧形硬質(zhì)梁段(23)與下面板(3)固定配合時(shí)，下弧形板(32)與下弧形硬質(zhì)梁段(23)相抵觸。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的上弧形硬質(zhì)梁段(21)和下弧形硬質(zhì)梁段(23)的剛度大于中彈性段(22)，所述的上面板(1)和下面板(3)的剛度不小于上弧形硬質(zhì)梁段(21)和下弧形硬質(zhì)梁段(23)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的上面板(1)、下面板(3)以及彈簧曲梁(2)均由3d打印制造。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的彈簧曲梁(2)的數(shù)量為多個(gè)，彈簧曲梁(2)在上面板(1)和下面板(3)之間的排列要求為：各彈簧曲梁(2)的連接孔(24)同軸。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元，其特征是：所述的上面板(1)和下面板(3)結(jié)構(gòu)相同，所述的上弧形硬質(zhì)梁段(21)和下弧形硬質(zhì)梁段(23)結(jié)構(gòu)相同。

10.一維可調(diào)剛度超材料隔振裝置，其特征是：由多個(gè)如權(quán)利要求1所述的一維可調(diào)剛度超材料隔振單元依次疊設(shè)定位而成，疊設(shè)方式為：一維可調(diào)剛度超材料隔振單元的上面板(1)或下面板(3)與相鄰一維可調(diào)剛度超材料隔振單元的下面板(3)或上面板(1)相固定。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種一維可調(diào)剛度超材料隔振單元及隔振裝置，隔振單元包括上面板、下面板以及彈簧曲梁，彈簧曲梁包括上弧形硬質(zhì)梁段、中彈性段和下弧形硬質(zhì)梁段，中彈性段上端與上弧形硬質(zhì)梁段固定連接，下端與下弧形硬質(zhì)梁段連接，且中彈性段中心與上弧形硬質(zhì)梁段和下弧形硬質(zhì)梁段的弧心重疊，上弧形硬質(zhì)梁段與上面板下表面連接，上弧形硬質(zhì)梁段與上面板能在固定配合和滑動(dòng)配合間切換，下弧形硬質(zhì)梁段與下面板上表面連接，下弧形硬質(zhì)梁段與下面板能在固定配合和滑動(dòng)配合間切換。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)彈簧曲梁的有效支撐剛度，實(shí)現(xiàn)了超材料剛度變化的連續(xù)性和平滑性，有效實(shí)現(xiàn)了剛度的大范圍變化，適應(yīng)不同工況下對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：沈承,宋沭浩,李媛媛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9