本发明属于减振降噪，涉及一种约束阻尼结构，尤其涉及一种高分子材料的约束阻尼结构及其设计方法。
背景技术：
1、由振动而产生的噪声污染是世界三大污染源之一，严重危害人们的生活和工作，从房屋建筑、装修和汽车等生活方面，到高速列车、地铁、船舶和航空航天等领域，处处都带来振动和噪声的影响。因此，合理使用阻尼材料来抑制和减弱振动及噪声的影响是非常有必要的。
2、阻尼材料通过将固体机械振动能转变为热能而耗散掉，以此来减弱振动和噪声。高分子材料由于结构的特殊性而广泛地用作阻尼材料，成为当前阻尼材料研究的热点。
3、高分子阻尼材料是基于其本身的粘弹性，当其受到外力作用而产生周期变形时，分子链段产生相对位移，通过分子间的内摩擦将一部分机械能转变为热能而耗散，从而起到阻尼减振作用。为了进一步提升高分子材料的阻尼特性，需要对高分子材料进行改性和结构设计，不过微观物理化学改性对于高分子材料阻尼性能提升有限，而宏观的阻尼结构设计可以最大程度地发挥高分子阻尼材料的阻尼效果。
4、阻尼结构是指将阻尼材料与构件结合成一体以消耗振动能量的结构，它不仅在结构振动及噪声控制方面起作用，而且能够有效避免结构疲劳及设备故障。阻尼结构包括自由阻尼结构和约束阻尼结构，其中的约束阻尼结构是在自由阻尼结构的基础上，在阻尼层外侧再固定一层弹性模量远大于阻尼层的材料作为约束层。当阻尼层随基板一起产生弯曲振动而使阻尼层内部拉挤变形时，由于黏贴在外侧的约束层的弹性模量远大于阻尼层，因此约束层将起到阻碍阻尼层拉挤变形的作用，从而起到减振降噪的作用。
5、约束阻尼结构中的高分子材料层可发生拉伸变形，也可发生剪切变形，可以提供较高的结构损耗因子、较宽的温度和频率范围，并可控制多峰谐振。然而，现有的约束阻尼结构一般采用钢板等金属材料作为约束层，虽然可提高自由阻尼结构的减振降噪性能，但无法对冲击等高频振动起到良好的减振效果。
6、由此可见，如何提供一种高分子材料的约束阻尼结构及其设计方法，提高约束阻尼结构的作用频率范围，进一步改善减振降噪效果，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高分子材料的约束阻尼结构及其设计方法，所述约束阻尼结构提高了约束阻尼结构的作用频率范围，进一步改善了减振降噪效果，有利于大规模推广应用。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种高分子材料的约束阻尼结构，所述约束阻尼结构包括层叠设置的基层、阻尼层和约束层。
4、所述阻尼层采用高分子材料制备而成。
5、所述约束层为薄壁空腔结构，且空腔内部填充有阻尼颗粒。
6、本发明将颗粒阻尼技术融入约束阻尼结构设计中，通过在约束层的空腔内部填充阻尼颗粒，借助阻尼颗粒之间的碰撞及摩擦耗能，将振动的机械能转变为热能而耗散，从而起到了很好的减振降噪效果，同时提升了约束阻尼结构的作用频率范围，有利于大规模推广应用。
7、优选地，所述基层的表面为平面或曲面。
8、优选地，所述阻尼层采用的高分子材料包括沥青、橡胶或聚氨酯中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括沥青与橡胶的组合，橡胶与聚氨酯的组合，沥青与聚氨酯的组合，或沥青、橡胶与聚氨酯的组合。
9、本发明中，所述阻尼层的具体材质选择需要结合目标结构(基层)的振动情况及所处工况条件来确定。
10、本发明中，所述阻尼层的厚度并不固定，同样需要结合具体目标结构(基层)的振动情况及所处工况条件来确定。
11、优选地，所述薄壁空腔结构的材质包括金属或非金属，具体材质的选择需要结合目标结构(基层)的振动情况及所处工况条件来确定。
12、优选地，所述薄壁空腔结构的壁厚为1-5mm，例如可以是1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13、优选地，所述薄壁空腔结构划分为至少2个区域，且不同区域之间采用内隔板进行隔开，以便于进一步增强空腔内部阻尼颗粒之间的碰撞及摩擦耗能。
14、优选地，所述内隔板的材质包括金属或非金属。
15、优选地，所述阻尼颗粒的材质包括金属或非金属。
16、优选地，所述阻尼颗粒的形状包括球形或类球形。
17、优选地，所述阻尼颗粒的平均粒径为0.5-3mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm或3mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18、优选地，所述阻尼颗粒的表面摩擦因子为0.5-0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19、优选地，所述阻尼颗粒的表面恢复系数为0.5-1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20、优选地，所述阻尼颗粒在空腔内部的填充率为85％-98％，例如可以是85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％或98％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21、优选地，所述基层、阻尼层和约束层之间的连接方式包括粘接、螺栓连接或铆接中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括粘接与螺栓连接的组合，粘接与铆接的组合，螺栓连接与铆接的组合，或粘接、螺栓连接与铆接的组合。
22、本发明中，所述基层、阻尼层和约束层之间通过粘接、螺栓连接或铆接进行牢固连接，且边缘无翘起，中间无凸起。
23、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述约束阻尼结构的设计方法，所述设计方法包括以下步骤：
24、(1)全面检测目标结构的振动噪音情况，明确振动源头及振动传播路径；
25、(2)建立目标结构的动力学分析模型，研究目标结构的动静力学特性，并根据获取的目标结构振动参数进行工程设计和计算；
26、(3)以目标结构作为约束阻尼结构的基层，并结合基层的表面特性，分别确定阻尼层及约束层的设计要求；
27、(4)清理目标结构需要安装阻尼层的表面，按照步骤(3)的设计要求安装阻尼层；
28、(5)按照步骤(3)的设计要求，在约束层的薄壁空腔结构内部填充阻尼颗粒，并将约束层安装于阻尼层的表面；
29、(6)对安装完成的约束阻尼结构进行振动测试，获取减振效果。
30、优选地，步骤(3)所述阻尼层的设计要求包括阻尼层的材质、厚度、安装部位及施工工艺。
31、优选地，步骤(3)所述约束层的设计要求包括约束层的薄壁空腔结构形式、阻尼颗粒的材质及填充率。
32、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
33、本发明将颗粒阻尼技术融入约束阻尼结构设计中，通过在约束层的空腔内部填充阻尼颗粒，借助阻尼颗粒之间的碰撞及摩擦耗能，将振动的机械能转变为热能而耗散，从而起到了很好的减振降噪效果，同时提升了约束阻尼结构的作用频率范围，有利于大规模推广应用。