一种声学黑洞减振结构

本发明涉及减振降噪，特别是涉及一种声学黑洞减振结构。

背景技术：

1、声学黑洞(acoustic black hole，简称abh)效应实际上是通过改变结构的厚度，从而导致结构阻抗变化，使得结构中传播的波相速度和群速度发生变化，从而在结构尖端或者薄弱处实现波的聚集。利用弯曲波在变厚度结构中的传播特性，在理想情况下，当厚度减小为零时，弯曲波的相速度和群速度也相应的减小为零，从而产生波的零反射和能量集中的现象。在实际加工中，由于截断的存在，导致厚度无法减小为零，但能量仍然集中在结构最小厚度区域。因此，在能量集中区域结合少量的阻尼材料，可以有效地增强结构损失因子，吸收能量，降低结构的振动。

2、传统声学黑洞结构在中高频的振动控制中能取得良好的效果，但是在频率小于50hz的低频振动中，往往需要将声学黑洞结构尺寸设计地特别大。特别是在航空航天、交通运输等装备的减振应用中，传统大尺寸的声学黑洞结构，不仅不利于安装，而且无法满足低频减振的设计要求，即对于低频振动与噪声的控制是不适用的，因此急需通过有效途径降低声学黑洞结构的作用频率。

3、综上，本领域亟需一种新型声学黑洞结构，可在节省安装空间的前提下解决结构的低频减振降噪问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新型的声学黑洞减振结构，可在节省安装空间的前提下解决结构的低频减振降噪问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种声学黑洞减振结构，包括：

4、弹簧式声学黑洞结构，由具有一维声学黑洞效应的板条螺旋卷曲而成，用于吸收并耗散掉待减振结构上任意位置产生的振动能量；

5、安装件，设置于所述弹簧式声学黑洞结构的一端，用于将所述弹簧式声学黑洞结构连接于所述待减振结构上；

6、阻尼材料，设置于所述板条的表面，用于消耗振动能量。

7、可选的，所述板条完全展开时，厚度由一端至另一端以指数形式递减；且所述板条厚度最厚的一端，为所述弹簧式声学黑洞结构的首端，所述板条厚度最薄的一端，为所述弹簧式声学黑洞结构的末端；所述安装件设置于所述弹簧式声学黑洞结构的首端。

8、可选的，所述板条厚度的表达式为y＝a1+εxm；其中，y表示所述板条的厚度变化；ε表示系数；x表示所述板条的长度变化；m为常数，且m≥2；a1表示所述板条厚度最薄的一端的厚度值。

9、可选的，所述板条完全展开时，下层面为平面，上层面为楔面，所述平面和所述楔面之间的距离为所述板条的厚度。

10、可选的，所述阻尼材料为厚度均匀的带状阻尼结构，其设置于所述板条的所述楔面上，并随所述板条螺旋卷曲。

11、可选的，所述带状阻尼结构的宽度与所述板条的宽度相同。

12、可选的，所述阻尼材料为3m阻尼片。

13、可选的，所述安装件为厚度均匀的四分之一圆环板，所述四分之一圆环板的一端与所述弹簧式声学黑洞结构的首端衔接。

14、可选的，所述四分之一圆环板的厚度与所述弹簧式声学黑洞结构的首端厚度相同。

15、可选的，所述四分之一圆环板与所述弹簧式声学黑洞结构的首端胶接或焊接。

16、可选的，所述安装件和所述板条中至少一者的材质为光敏树脂。

17、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

18、本发明提出的声学黑洞减振结构，结构新颖合理，弹簧式声学黑洞结构自身具备变厚度区域，波的传播速度随着厚度减小逐渐减小，振动幅值在弹簧式声学黑洞结构厚度最薄的位置聚集，导致振动能量聚集在厚度最薄的位置；同时通过在弹簧式声学黑洞结构表面设置阻尼材料，进一步实现了对振动能量的耗散。另外，由于弹簧式声学黑洞结构螺旋状的结构设计，打破了目前低频振动抑制时将声学黑洞设计成大尺寸的思维定式，节省了声学黑洞的设计空间，并可以使得声学黑洞的基频设计极低，结合较高的模态密度，增强了低频模态耦合，使声学黑洞效应更容易发生，从而可以对极低频的振动起到有效的抑制。

技术特征：

1.一种声学黑洞减振结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述板条完全展开时，厚度由一端至另一端以指数形式递减；且所述板条厚度最厚的一端，为所述弹簧式声学黑洞结构的首端，所述板条厚度最薄的一端，为所述弹簧式声学黑洞结构的末端；所述安装件设置于所述弹簧式声学黑洞结构的首端。

3.根据权利要求2所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述板条厚度的表达式为y＝a1+εxm；其中，y表示所述板条的厚度变化；ε表示系数；x表示所述板条的长度变化；m为常数，且m≥2；a1表示所述板条厚度最薄的一端的厚度值。

4.根据权利要求2或3所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述板条完全展开时，下层面为平面，上层面为楔面，所述平面和所述楔面之间的距离为所述板条的厚度。

5.根据权利要求4所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述阻尼材料为厚度均匀的带状阻尼结构，其设置于所述板条的所述楔面上，并随所述板条螺旋卷曲。

6.根据权利要求5所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述带状阻尼结构的宽度与所述板条的宽度相同。

7.根据权利要求1～3任意一项所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述阻尼材料为3m阻尼片。

8.根据权利要求2或3所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述安装件为厚度均匀的四分之一圆环板，所述四分之一圆环板的一端与所述弹簧式声学黑洞结构的首端衔接。

9.根据权利要求8所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述四分之一圆环板的厚度与所述弹簧式声学黑洞结构的首端厚度相同。

10.根据权利要求1～3任意一项所述的声学黑洞减振结构，其特征在于，所述安装件和所述板条中至少一者的材质为光敏树脂。

技术总结
本发明公开一种声学黑洞减振结构，涉及减振降噪技术领域，其结构新颖合理，弹簧式声学黑洞结构自身具备变厚度区域，波的传播速度随着厚度减小逐渐减小，振动幅值在弹簧式声学黑洞结构厚度最薄的位置聚集，导致振动能量聚集在厚度最薄的位置；同时通过在弹簧式声学黑洞结构表面设置阻尼材料，进一步实现了对振动能量的耗散。另外，由于弹簧式声学黑洞结构螺旋状的结构设计，打破了目前低频振动抑制时将声学黑洞设计成大尺寸的思维定式，节省了声学黑洞的设计空间，并可以使得声学黑洞的基频设计极低，结合较高的模态密度，增强了低频模态耦合，使声学黑洞效应更容易发生，从而可以对极低频的振动起到有效的抑制。

技术研发人员：庄秋阳,王超炎,季宏丽,裘进浩,何梦,吴义鹏
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15