声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置的制作方法

本发明涉及隔振抗冲击装置，特别是涉及一种声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置。

背景技术：

开发高效轻质隔振抗冲击装置是机械设备噪声及振动舒适性设计研究的前沿课题。传统的隔振抗冲击装置主要有单层隔振系统、双层隔振系统和浮筏隔振系统等。

由于单层隔振系统简单有效，因此在工程上应用广泛，但它有明显缺点：(1)当机器的扰动频率较低时，隔振器刚度必须设计得很小，系统稳定性差；(2)设备非刚性、隔振器的高频驻波效应和基础非刚性的综合结果使得传递率曲线在高频时向上翘，并且出现很多共振峰，从而降低了高频区的隔振效果。

双层隔振系统要想获得好的隔振效果，除了需精心配置隔振器外，还需提供必要的中间质量，以达到必需的质量比。通常要求质量比大于0.5，最好达到0.8，提供过多的中间质量的开销是不经济和不许可的，从而限制了双层隔振系统的应用。

对于浮筏隔振系统，从一般意义上讲，这是一个具有分布质量、分布弹性和分布阻尼的物理系统，因而是一个连续参数系统，要获得该系统的精确解析解十分困难。现阶段在浮筏设计中，采用理论分析或数值计算精确考虑基座非刚性的影响还存在技术处理上的困难，往往需要借助于实测获得必要的数据，大大增加了装置开发成本和周期。

除此之外，目前采用的设备弹性安装方式，无论是单层、双层还是浮筏，都是属于被动式隔振，低频段会失效。

此外，上述的各种传统隔振装置主要适用于中、高频的振动问题，但对于低频段的减振效果不佳。

经检索，发现如下相关中国专利文献。

专利文献A：三明治防弹夹层板，申请号201210225023.3，公开号102717542A。专利文献A的不足之处是：其提出的夹层板无法作为承力结构，仅仅是具有防护功能。因此，当工作定位为承力用途、解决承力问题时，该加层板没有考虑结构强度问题而只是注重抗爆效果，其结构强度不能解决承力问题，应用面窄。

专利文献B：仿生负泊松比材料及其制备方法，申请号201210018190.0，公开号103214728A。专利文献B的不足之处是：其属于微观材料设计，不存在宏观结构，其技术方案单独不能满足减振，抗冲击(抗爆)以及结构强度等多项使用和设计指标。

本发明与专利文献A和专利文献B相结合后的方案相比，本发明是宏观的主要减振抗冲击装置，不是辅助结构，也不是微观材料设计。本发明综合考虑了减振，抗冲击(抗爆)以及结构强度等多项使用和设计指标。通过不同的结构形式和材料选择，发挥各个部件的属性优势，增强了装置的整体性能。也就是说，本发明提出的复合材料负泊松比蜂窝减振装置是主承力设备，而非功能辅助结构。其使用环境要求其具有足够的结构强度，内封板和外封板的作用就是增加结构刚度，保证使用的安全性和可靠性。本发明适用于需要考虑减振抗冲指标的所有工程领域，应用面广泛。

本发明的技术难点在于：

难点1：技术难点集中于加工制造方面，特别是蜂窝结构制造。

具体难在：在一定的安装空间里，随着蜂窝层数的增加，蜂窝的尺寸也随之减小，普通的焊接方式，例如焊枪焊接，已无法将焊枪伸入蜂窝芯内部，无法保证蜂窝结构的焊接质量，容易出现脱焊情况。

本发明解决该难点所采用的制造方法是：本发明采用真空钎焊或者是整体铸造的方式来制造蜂窝芯。

难点2：技术难点在于蜂窝结构分别与上、下面板的连接方法。

具体难在：由于蜂窝孔径很小，结构纵深又很大，很难保证与上、下面板和蜂窝芯的焊接质量。

难点3：技术难点在于橡胶块与蜂窝芯的连接安装。

具体难在：蜂窝芯和橡胶块的尺寸较小，采用嵌入的方式将橡胶块嵌入到蜂窝芯中，难以保证橡胶块与负泊松比蜂窝芯的胞元结构的胞元壁完全贴合。

本发明解决该难点所采用的连接方法是：同样可采用真空钎焊的方式解决蜂窝芯与上面板、下面板，除了真空钎焊，还可以考虑胶黏，结构强度同样能够得到保证。对于橡胶块与蜂窝芯的嵌入安装，可将橡胶块的截面尺寸制造成蜂窝芯内凹角的形状以便于安装，从而使得橡胶块与负泊松比蜂窝芯的胞元结构的胞元壁完全贴合。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置，解决目前隔振抗冲击装置调节参数少，装置质量大，且低频隔振性能差的问题。

根据本发明提供的一种声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置，包括隔振器上面板、隔振器下面板、负泊松比蜂窝芯、铅块、橡胶块；

隔振器上面板、隔振器下面板、负泊松比蜂窝芯依次连接；

相互连接的铅块与橡胶块设置在负泊松比蜂窝芯的胞元结构中。

优选地，负泊松比蜂窝芯、铅块、橡胶块构成声子晶体。

优选地，橡胶块与负泊松比蜂窝芯的胞元结构的胞元壁的连接采用嵌入方式；铅块的延伸方向平行于负泊松比蜂窝芯的纵深方向；铅块嵌入在橡胶块中，橡胶块匹配嵌入在负泊松比蜂窝芯的胞元结构中。

优选地，负泊松比蜂窝芯分别与隔振器上面板、隔振器下面板焊接连接构成整体承力设备。

优选地，隔振器上面板为机械设备安放面；隔振器下面板能够通过螺栓连接地板。

优选地，负泊松比蜂窝芯的胞元结构泊松比为负值，具有拉胀效应。

优选地，采用真空钎焊方式将隔振器上面板、隔振器下面板分别与负泊松比蜂窝芯连接。

优选地，负泊松比蜂窝芯是采用整体铸造的方式制造得到的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可以确保对于工作频率10～1000Hz内的机械设备起到隔振抗冲作用，具有较宽的连续减振带隙，且轻质高效，调节参数广，极大的拓展了负泊松比蜂窝结构应用领域，同时降低了使用成本。

2、本发明对于低频段10～100Hz内的机械设备起到隔振抗冲作用。

3、本发明可调节参数广，包括上、下面板厚度，负泊松比蜂窝芯的壁厚、层数和角度等，抗冲击性能及低频隔振性能兼顾，克服了传统设备基座笨重低效的缺点，为负泊松比蜂窝结构工程运用开拓了新的领域。例如对于500kg，工作频率在18Hz的机械设备，当蜂窝层数为5层，壁厚1mm时，其工作频率下的减振效果可达2.3dB，应对冲击的动力学放大系数仅为0.186，起到了很好的减振抗冲击作用。

4、声子晶体的作用是增强装置低频减振性能，能够实现低频段的隔振效果；上、下面板起支撑作用，增强装置承载能力，约束蜂窝芯变形；负泊松比蜂窝芯的作用是利用其自身拉胀效应与蜂窝吸能特性，吸收冲击能量，降低传递到底板的冲击力。

5、本发明提供的声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的负泊松比蜂窝芯的结构示意图

图2为本发明提供的负泊松比蜂窝芯的正视图

图3为本发明提供的由蜂窝芯单胞向声子晶体负泊松比蜂窝单胞的变化过程图。

图4为本发明提供的声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置的结构示意图。

图5为本发明提供的声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置的正视图。

图中：

1-隔振器上面板

2-隔振器下面板

3-负泊松比蜂窝芯

4-铅块

5-橡胶块

300-蜂窝芯的胞元

301-第一类组成单元

302-第二类组成单元

304-蜂窝芯单胞

305-声子晶体单胞

601-第一空心空间

602-第二空心空间

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图4、图5所示，为根据本发明提供的一种声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置，包括隔振器上面板1、隔振器下面板2、负泊松比蜂窝芯3、铅块4、橡胶块5；隔振器上面板1、隔振器下面板2、负泊松比蜂窝芯3依次连接；相互连接的铅块4与橡胶块5设置在负泊松比蜂窝芯3的胞元结构中。负泊松比蜂窝芯3、铅块4、橡胶块5构成声子晶体。橡胶块5与负泊松比蜂窝芯3的胞元结构的胞元壁的连接采用嵌入方式；铅块4的延伸方向平行于负泊松比蜂窝芯3的纵深方向；铅块4嵌入在橡胶块5中，橡胶块5匹配嵌入在负泊松比蜂窝芯3的胞元结构中。

具体地，如图3所示，负泊松比蜂窝芯3、铅块4、橡胶块5所构成的声子晶体结构，其中的铅块4、橡胶块5的尺寸在制备时可进行设计，从而实现任意频率点的减振效果，从而使得本发明具有较宽的适用范围，尤其是本发明通过声子晶体的设计可有效的实现低频段的减振性能。进一步地，如图4、图5所示，在隔振器上面板1、隔振器下面板2之间连接有3列负泊松比蜂窝芯的第一类组成单元301，其中，第一类组成单元301的横截面在图5中呈梯形形状，每列含有14个第一类组成单元301。在相邻列的负泊松比蜂窝芯的第一类组成单元301之间连接有负泊松比蜂窝芯的第二类组成单元302。第一类组成单元301内部为空心结构，形成第一空心空间601。第一类组成单元与第二类组成单元围成的结构内部为空心结构，形成第二空心空间602。第一类组成单元301与第二类组成单元302采用同样的材料制成。如图4所示，铅块4为条状，橡胶块5为片状。铅块4可以仅部分嵌入在橡胶块5中。铅块4通过橡胶块5悬挂在负泊松比蜂窝芯3。

负泊松比蜂窝芯3分别与隔振器上面板1、隔振器下面板2焊接连接构成整体承力设备。隔振器上面板1为机械设备安放面；隔振器下面板2能够通过螺栓连接地板。负泊松比蜂窝芯2的胞元结构泊松比为负值，具有拉胀效应。所述声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置采用真空钎焊方式将隔振器上面板1、隔振器下面板2分别与负泊松比蜂窝芯3连接；负泊松比蜂窝芯2是采用整体铸造的方式制造得到的。

本发明还提供一种所述声子晶体负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置的制备方法，包括通过对声子晶体中铅块4与橡胶块5的尺寸设计，实现多个或任意频率点的减振效果。尤其是本发明通过声子晶体的设计可有效的实现低频段的减振性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。