基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，包括：導(dǎo)磁鋼架、導(dǎo)磁鋼板、軟磁材料件、線圈及一維聲子晶體結(jié)構(gòu)；導(dǎo)磁鋼板通過軟磁材料件設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架的支撐部上，一維聲子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的基座與導(dǎo)磁鋼板之間；所述一維聲子晶體結(jié)構(gòu)由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列若干層。本發(fā)明提供的隔振支座，通過引入一維聲子晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中低頻段彈性波振動(dòng)的阻隔；通過外磁場可以調(diào)節(jié)彈性波禁帶范圍，可調(diào)節(jié)頻率范圍廣；形成非接觸式控制，應(yīng)用范圍更廣；一維聲子晶體結(jié)構(gòu)采用三組分結(jié)構(gòu)周期層疊設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。
【專利說明】 基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座
K【技術(shù)領(lǐng)域】3
[0001]本發(fā)明涉及材料、機(jī)械構(gòu)造、電磁技術(shù)等領(lǐng)域，具體涉及一種工程結(jié)構(gòu)中使用的隔振支座。
K【背景技術(shù)】3
[0002]磁流變彈性體材料由天然橡膠或者硅橡膠基體和磁性顆粒組成，磁性顆粒在外加磁場條件下會(huì)形成鏈狀聚集結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能可以受到控制。磁流變彈性體集中了磁流變液和彈性體的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)快，可逆性好，且克服了磁流變液沉降、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。磁流變彈性體材料在航空航天、汽車、振動(dòng)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]聲子晶體的研究為振動(dòng)控制領(lǐng)域提供新的思路。聲子晶體是由兩種或兩種以上彈性材料組成，具有彈性波禁帶特性的周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)。彈性波在周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)形成能帶結(jié)構(gòu)，能帶之間波無法傳播的頻率范圍稱為彈性波禁帶。在禁帶頻率范圍內(nèi)，彈性波將會(huì)被抑制。聲子晶體的禁帶由材料彈性常數(shù)，填充率及晶格等決定，因此其有很強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性。
[0004]現(xiàn)有的隔振支座多種多樣，但是目前還沒有結(jié)合聲子晶體的頻率禁帶隔振特性和磁流變彈性體的阻尼、剛度可控特性設(shè)計(jì)的磁流變彈性體隔振支座。
K
【發(fā)明內(nèi)容】
3
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種磁流變彈性體隔振支座，基于聲子晶體結(jié)構(gòu)，彈性波禁帶可調(diào)。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，包括:導(dǎo)磁鋼架、導(dǎo)磁鋼板、軟磁材料件、線圈及一維聲子晶體結(jié)構(gòu)；導(dǎo)磁鋼板通過軟磁材料件設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架的支撐部上，一維聲子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的基座與導(dǎo)磁鋼板之間；所述一維聲子晶體結(jié)構(gòu)由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列若干層。
[0007]作為具體的技術(shù)方案，所述一維聲子晶體結(jié)構(gòu)中的鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列30層以上。
[0008]作為具體的技術(shù)方案，所述鋼箔厚度0.0001m,鉛板厚度0.0009m、磁流變彈性體厚度 0.0019m。
[0009]作為具體的技術(shù)方案，所述鉛板材料的參數(shù)為:密度PPb = 11350kgm3,縱波波速CPbl = 2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s，鋼箔的參數(shù)為:密度P s = 7890kgm3,縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27%，鐵顆粒密度 PFe = 7.89X 103kg.πΓ3，橡膠密度 Pr= 1.2 X 103kg.m_3，泊松比 0.47。
[0010]作為具體的技術(shù)方案，所述線圈產(chǎn)生的外磁場強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為0 — 1000KA/m。
[0011]作為具體的技術(shù)方案，所述導(dǎo)磁鋼架的支撐部設(shè)置于基座左右兩側(cè)，所述線圈繞設(shè)于兩側(cè)的支撐部上。
[0012]本發(fā)明提供的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，與目前的隔振支座相比，其有益效果在于:引入一維聲子晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中低頻段彈性波振動(dòng)的阻隔；通過外磁場可以調(diào)節(jié)彈性波禁帶范圍，可調(diào)節(jié)頻率范圍廣；形成非接觸式控制，應(yīng)用范圍更廣；一維聲子晶體結(jié)構(gòu)采用三組分結(jié)構(gòu)周期層疊設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。
K【專利附圖】

【附圖說明】3
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的隔振支座的構(gòu)造示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的彈性波帶結(jié)構(gòu)圖及對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結(jié)構(gòu)在外磁場調(diào)節(jié)下的彈性波帶結(jié)構(gòu)變化圖。
K【具體實(shí)施方式】3
[0016]如圖1所示，實(shí)施例提供的隔振支座包括:導(dǎo)磁鋼架10、導(dǎo)磁鋼板20、軟磁材料件30、線圈40及一維聲子晶體結(jié)構(gòu)50。導(dǎo)磁鋼架10由基座11和支撐部12構(gòu)成，支撐部12設(shè)置于基座11上端兩側(cè)。軟磁材料件30為大變形軟磁材料件，設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架10的兩側(cè)支撐部12的頂端，導(dǎo)磁鋼板20進(jìn)而設(shè)置于軟磁材料件30上端。線圈40繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架10的兩側(cè)支撐部12上，用于產(chǎn)生外磁場，通電線圈外磁場強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為0 — 1000KA/m。
[0017]考慮磁流彈性體的彈性模量受外磁場影響，以及聲子晶體彈性波禁帶受彈性材料彈性模量比值、彈性材料的排列、散射體的形狀大小位置等影響。本實(shí)施例的一維聲子晶體結(jié)構(gòu)選擇三組分結(jié)構(gòu)，即一維聲子晶體結(jié)構(gòu)50由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列30層以上，該一維聲子晶體結(jié)構(gòu)50設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架10的基座11與導(dǎo)磁鋼板20之間。其中，導(dǎo)磁鋼箔有利于形成閉合磁場，鉛板由于其高密度及低彈性模量作為散射體。
[0018]上述一維聲子晶體結(jié)構(gòu)50中，鋼箔厚度0.0001m，鉛板厚度0.0009m、磁流變彈性體厚度0.0019m。具體地，本實(shí)施實(shí)例選擇的是鉛板材料的參數(shù)為:密度PPb= 11350kgm3,縱波波速CPbl = 2158m/s和橫波波速CPbt = 860m/s，鋼箔的參數(shù)為:密度P s = 7890kgm3，縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27 %，鐵顆粒密度PFe = 7.89 X 103kg.m_3，橡膠密度Pr = 1.2X 103kg.m_3，泊松比0.47。
[0019]上述隔振支座為基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其核心部件是三組分一維周期排列的聲子晶體結(jié)構(gòu)50，其組分厚度相對(duì)另外兩個(gè)維度小得多。其中，導(dǎo)磁鋼箔有利形成封閉的磁場，鉛板由于其高密度且彈性模量較小，易產(chǎn)生彈性波禁帶。當(dāng)外磁場從0調(diào)節(jié)到1000KA/m時(shí)，彈性波禁帶的頻率位置及大小發(fā)生較大變化。本發(fā)明實(shí)施例通過上述設(shè)計(jì)，將三種材料構(gòu)造成一維聲子晶體結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)磁鋼板和導(dǎo)磁鋼箔加載外磁場，調(diào)節(jié)外磁場就可調(diào)節(jié)彈性波禁帶。
[0020]圖2為本實(shí)施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的彈性波禁帶結(jié)構(gòu)圖及對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)圖，其中支座在中低頻范圍內(nèi)存在多個(gè)頻段的禁帶，在禁帶范圍內(nèi)透射系數(shù)非常小。
[0021]圖3為實(shí)施例提供的隔振支座中一維聲子晶體結(jié)構(gòu)在外磁場調(diào)節(jié)下的彈性波禁帶變化圖，在外磁場作用下，多個(gè)禁帶頻率位置和大小發(fā)生變化。通過支座可以對(duì)系統(tǒng)中低頻段彈性波振動(dòng)進(jìn)行阻隔，通過外磁場可以非接觸式調(diào)控彈性波禁帶，可以有選擇地構(gòu)造一個(gè)隔振平臺(tái)。
[0022]以上實(shí)施例僅為充分公開而非限制本發(fā)明，基于本發(fā)明創(chuàng)新主旨的、未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等效技術(shù)特征的替換，應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)揭露的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，包括:導(dǎo)磁鋼架、導(dǎo)磁鋼板、軟磁材料件、線圈及一維聲子晶體結(jié)構(gòu)；導(dǎo)磁鋼板通過軟磁材料件設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的支撐部的頂端，線圈繞設(shè)于導(dǎo)磁鋼架的支撐部上，一維聲子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置于導(dǎo)磁鋼架的基座與導(dǎo)磁鋼板之間；所述一維聲子晶體結(jié)構(gòu)由鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列若干層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述一維聲子晶體結(jié)構(gòu)中的鋼箔、鉛板、磁流變彈性體三種組分按周期排列30層以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述鋼箔厚度0.0001m，鉛板厚度0.0009m、磁流變彈性體厚度0.0019m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述鉛板材料的參數(shù)為:密度Ppb = 11350kgm3,縱波波速Cpbl = 2158m/s和橫波波速Cpbt = 860m/s，鋼箔的參數(shù)為:密度P s = 7890kgm3,縱波波速Csl = 5780m/s和橫波波速Cst = 3220m/s，磁流變彈性體的橡膠基體中的鐵顆粒的體積比27%，鐵顆粒密度P Fe =7.89X 103kg.πΓ3，橡膠密度 Pr=L 2Χ 103kg.m_3，泊松比 0.47。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述線圈產(chǎn)生的外磁場強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為O — 1000KA/m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于一維聲子晶體結(jié)構(gòu)的磁流變彈性體隔振支座，其特征在于，所述導(dǎo)磁鋼架的支撐部設(shè)置于基座左右兩側(cè)，所述線圈繞設(shè)于兩側(cè)的支撐部上。
【文檔編號(hào)】F16F6/00GK104251275SQ201410323392
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】許振龍, 黃亮國, 尹海昌 申請(qǐng)人:廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院