阅读说明：本技术 一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构 (Wide-frequency-band vibration-damping noise-reducing metamaterial multi-span beam structure ) 是由 郝帅民 李凤明 吴志静 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构,本发明属于工程减振降噪技术领域,主要为了解决现有技术中的多跨梁结构无法拓宽带隙频率范围,在多个频率范围内衰减结构振动幅度的问题,本发明主要包括底板、固定支撑组件、长梁、M个支撑组件和M+2个振子,M为正整数；固定支撑组件设置在底板上表面的一端,M个支撑组件沿底板的长度方向等距设置在底板的上表面上,M+2个振子沿长梁的长度方向等距设置在长梁的下表面上,且每个振子与长梁的下表面固定连接,长梁设置在固定支撑组件和M个支撑组件上,且长梁与固定支撑组件和每个支撑组件粘接固定,每个振子与一个支撑组件交错设置,本发明用于工程建造中的承重装置。(The invention discloses a wide-band vibration-damping noise-reducing metamaterial multi-span beam structure, belongs to the technical field of engineering vibration-damping noise reduction, and mainly aims to solve the problems that a multi-span beam structure in the prior art cannot widen a band gap frequency range and attenuate the vibration amplitude of the structure in multiple frequency ranges; the fixed supporting components are arranged at one end of the upper surface of the bottom plate, M supporting components are arranged on the upper surface of the bottom plate at equal intervals along the length direction of the bottom plate, M +2 vibrators are arranged on the lower surface of the long beam at equal intervals along the length direction of the long beam, each vibrator is fixedly connected with the lower surface of the long beam, the long beam is arranged on the fixed supporting components and the M supporting components, the long beam is fixedly bonded with the fixed supporting components and each supporting component, and each vibrator and one supporting component are arranged in a staggered mode.)

一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构

技术领域

本发明属于工程减振降噪技术领域，具体涉及一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构。

背景技术

在工程应用中梁结构振动问题不可忽视，它严重的影响了工程应用中梁结构的使用寿命，随着科技的不断发展，人们也在不断攻克振动这一问题，通过在梁上周期性铺设振子，当振子与梁发生共振时，可以衰减弹性波在梁结构内的传播，从而起到减振效果，由于现代工程应用中的复杂因素，振动频率范围也在不断的拓宽，这就要求工程应用中梁结构可以在多个频率段实现减振的效果，如此就不能仅是单一通过振子吸收振幅的方式来实现减振的效果，而是要在现有结构中增加梁结构的带隙频率范围，并且有效的在多频率范围衰减振动，因此提供一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构是很符合实际意义的。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的多跨梁结构无法拓宽带隙频率范围，且多跨梁结构无法在多个频率范围内衰减结构振动幅度的问题，进而提供了一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构。

一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构，所述一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构包括底板、固定支撑组件、长梁、M个柔性支撑组件和M+2个振子，M为正整数；所述底板为长方体，固定支撑组件设置在底板上表面的一端，M个柔性支撑组件沿底板的长度方向等距设置在底板的上表面上，且固定支撑组件和每个柔性支撑组件均与底板固定连接，M+2个振子沿长梁的长度方向等距设置在长梁的下表面上，且每个振子与长梁的下表面固定连接，长梁设置在固定支撑组件和M个柔性支撑组件上，且长梁与固定支撑组件和每个柔性支撑组件粘接固定，每个支撑组件设置在相邻两个振子之间；

进一步地，所述固定支撑组件包括支撑圆柱A、光滑圆环A和两个圆孔支撑钢板，两个圆孔支撑钢板相对设置，每个圆孔支撑钢板的侧壁上部设有一个通孔，支撑圆柱A的两端分别设置在一个通孔中，且支撑圆柱A的每一端与一个通孔过盈配合，光滑圆环A套设在支撑圆柱A外圆面的中部，且光滑圆环A与支撑圆柱A转动连接，每个圆孔支撑钢板的底面固接在底板的上表面，支撑圆柱A的轴线与底板上表面的宽边平行设置；

进一步地，所述柔性支撑组件包括支撑圆柱B、光滑圆环B和两个长孔支撑钢板，两个长孔支撑钢板相对设置，每个长孔支撑钢板的侧壁上部设有一个水平条形孔，支撑圆柱B的两端分别设置在一个水平条形孔中，且支撑圆柱B的每一端与一个水平条形孔滑动连接，光滑圆环B套设在支撑圆柱B外圆面的中部，且光滑圆环B与支撑圆柱B转动连接，每个长孔支撑钢板的底面固接在底板的上表面，长孔支撑钢板的轴线与底板上表面的宽边平行设置；

进一步地，所述长孔支撑钢板侧壁上部的水平条形孔的长度为L，L的取值范围为8-12mm；

进一步地，所述振子包括圆柱型橡胶和圆柱型钢块，圆柱型橡胶的一端与圆柱型钢块的一端固定连接，圆柱型橡胶的另一端与长梁下表面固定连接；

进一步地，所述圆柱型橡胶的端面直径小于圆柱型钢块的端面直径；

进一步地，所述柔性支撑组件的个数M的取值范围为2-4个；

进一步地，所述固定支撑组件与其相邻的柔性支撑组件之间的间距为L1，L1的取值范围为18-24cm；

进一步地，所述相邻两个柔性支撑组件之间的间距为L2，L2的取值范围为18-24cm；

进一步地，所述相邻两个振子之间的间距为L3，L3的取值范围为18-24cm。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明相对于现有技术中的提供的梁结构，保证了长梁在圆孔支撑钢片支点处可以发生微量形变，在长孔支撑钢片支点处可以滑动，实现了超材料多跨梁的周期简支边界条件。

2、本发明相对于现有技术中的提供的梁结构，在长梁上附加振子可以在一定频率范围衰减长梁的振动。

3、本发明相对于现有技术中的提供的梁结构，对长梁施加周期边界条件可以在中高频衰减长梁的振动。

4、本发明相对于现有技术中的提供的梁结构，可以将局域共振带隙与Bragg带隙耦合，拓宽带隙频率范围，提高减振降噪效果。

5、本发明结构简单，制作方便，造价低廉，为科研节约经费。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的***图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的轴侧图；

图5为本发明在实验中的振动频率和位移的曲线；

图6为一个普通梁振动频率和位移的曲线。

图中1底板、2圆孔支撑钢板、3长孔支撑钢板、4支撑圆柱B、5圆柱型橡胶、6圆柱型钢块、7长梁、8光滑圆环B、9支撑圆柱A和10光滑圆环A。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，所述一种宽频段减振降噪超材料多跨梁结构包括底板1、固定支撑组件、长梁7、M个柔性支撑组件和M+2个振子，M为正整数；所述底板1为长方体，固定支撑组件设置在底板1上表面的一端，M个柔性支撑组件沿底板1的长度方向等距设置在底板1的上表面上，且固定支撑组件和每个柔性支撑组件均与底板1固定连接，M+2个振子沿长梁7的长度方向等距设置在长梁7的下表面上，且每个振子与长梁7的下表面固定连接，长梁7设置在固定支撑组件和M个柔性支撑组件上，且长梁7与固定支撑组件和每个柔性支撑组件粘接固定，每个支撑组件设置在相邻两个振子之间。

本实施方式所述的每个支撑组件设置在相邻两个振子之间中的支撑组件包括固定支撑组件和柔性支撑组件，固定支撑组件和柔性支撑组件的共同点是在用于支撑时，固定支撑组件和柔性支撑组件均与底板1刚性连接，区别在于固定支撑组件在长梁7受力时，支撑圆柱A9与圆孔支撑钢板2仅能过盈配合，无法产生位移，而柔性支撑组件在长梁7受力时，支撑圆柱B4与长孔支撑钢板3滑动连接，可以产生轻微可形变和微量位移，进而起到缓冲的效果。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式中的固定支撑组件作进一步限定，本实施方式中，所述固定支撑组件包括支撑圆柱A9、光滑圆环A10和两个圆孔支撑钢板2，两个圆孔支撑钢板2相对设置，每个圆孔支撑钢板2的侧壁上部设有一个通孔，支撑圆柱A9的两端分别设置在一个通孔中，且支撑圆柱A的每一端与一个通孔过盈配合，光滑圆环A10套设在支撑圆柱A9外圆面的中部，且光滑圆环A10与支撑圆柱A9转动连接，长梁7的下表面粘接在光滑圆环A10上，每个圆孔支撑钢板2的底面固接在底板1的上表面，支撑圆柱A9的轴线与底板1上表面的宽边平行设置。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，长梁7的一端通过光滑圆环A10粘接固定，光滑圆环A10与支撑圆柱A9之间为转动连接，如此设置，当长梁7中某一点受力时长梁7会产生微量的形变将力分解，光滑圆环A10也会受到分力的影响，沿分力方向微量转动，使长梁7受力点得到缓冲，进而拓宽带隙频率范围。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的柔性支撑组件作进一步限定，本实施方式中，所述柔性支撑组件包括支撑圆柱B4、光滑圆环B8和两个长孔支撑钢板3，两个长孔支撑钢板3相对设置，每个长孔支撑钢板3的侧壁上部设有一个水平条形孔，支撑圆柱B4的两端分别设置在一个水平条形孔中，且支撑圆柱B4的每一端与一个水平条形孔滑动连接，光滑圆环B8套设在支撑圆柱B4外圆面的中部，且光滑圆环B8与支撑圆柱B4转动连接，长梁7的下表面粘接在光滑圆环B8上，每个长孔支撑钢板3的底面固接在底板1的上表面，长孔支撑钢板3的轴线与底板1上表面的宽边平行设置。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，长梁7的一端通过光滑圆环B8粘接固定，光滑圆环B8与支撑圆柱B4之间为转动连接，支撑圆柱B4的两端均可在所在的水平条形孔中横向移动，如此设置，当长梁7中某一点受力时长梁7会产生微量的形变将力分解，光滑圆环A10也会受到分力的影响，沿分力方向微量转动，使长梁7受力点得到缓冲，同时支撑圆柱B4会在分力的作用下在水平条形孔中横向滑动，进而实现了超材料多跨梁的周期简支边界条件，本实施方式与具体实施方式二结合，组成了结构梁中完整的支撑结构，长梁7的一端必须要用固定支撑组件支撑，并非是柔性支撑组件支撑，只要是起到定位作用，如果所有的支撑组件都选用柔性支撑，长梁7在受力时就会产生水平的滑移，严重的影响了稳定性，而无法起到减振、拓宽带隙频率范围以及在多个频率范围内衰减结构振动幅度的效果。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的螺纹盲孔11作进一步限定，本实施方式中，所述长孔支撑钢板3侧壁上部的水平条形孔的长度为L，L的取值范围为8-12mm。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。

如此设置，考虑到长梁7的结构性能，不易使支撑圆柱B4的运动范围过大，需要在长梁7达到应力极限时及时限位，避免使长梁7断裂，水平条形孔的长度也不易过小，过小会无法实现在多个频率范围内衰减结构振动幅度的效果，起不到减振和滑移设置的意义。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的螺纹盲孔11的个数作进一步限定，本实施方式中，所述振子包括圆柱型橡胶5和圆柱型钢块6，圆柱型橡胶5的一端与圆柱型钢块6的一端固定连接，圆柱型橡胶5的另一端与长梁7下表面固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

如此设置，在长梁7上附加振子可以在一定频率范围衰减长梁的振动，振子由圆柱型橡胶5和圆柱型钢块6组成，圆柱型橡胶5主要吸收长梁7在受力时的振幅，达到缓冲的效果，圆柱型钢块6用于配重。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的螺纹盲孔11的个数作进一步限定，本实施方式中，所述圆柱型橡胶5的端面直径小于圆柱型钢块6的端面直径。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的螺纹盲孔11的个数作进一步限定，本实施方式中，所述柔性支撑组件的个数M的取值范围为2-4个。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的螺纹盲孔11的个数作进一步限定，本实施方式中，所述固定支撑组件与其相邻的柔性支撑组件之间的间距为L1，L1的取值范围为18-24cm。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

如此设置，固定支撑组件与其相邻的柔性支撑组件之间距离不易过大，过大时影响长梁7受力的分解和传递，减振效果差，也不易过小，过小会导致长梁7局部的受力过大，容易导致断裂。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的螺纹盲孔11的个数作进一步限定，本实施方式中，所述相邻两个柔性支撑组件之间的间距为L2，L2的取值范围为18-24cm。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

如此设置，相邻两个柔性支撑组件之间距离不易过大，过大时影响长梁7受力的分解和传递，减振效果差，也不易过小，过小会导致长梁7局部的受力过大，容易导致断裂。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的螺纹盲孔11的个数作进一步限定，本实施方式中，所述相邻两个振子之间的间距为L3，L3的取值范围为18-24cm。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

根据上述具体实施方式所设计的宽频段减振降噪超材料多跨梁结构与现有的梁结构相对比，结合图5和图6说明长梁在受力条件下的振动频率和位移的曲线，图5是专利中结构的振动频率和位移的曲线，横坐标为频率(单位Hz)，纵坐标为梁振动发生的位移(m)，根据图中所示可以明显看出在26-101Hz、160-236Hz、306-489Hz这三个频率范围称为带隙，160-236Hz比较尖的叫局域共振带隙，另外两个叫Bragg带隙，在这三个频率范围内梁振动位移很微小，因此在这三个频率范围能够起到减振效果。这三个带隙的出现与结构的设计有关，图6是一个普通梁振动频率和位移的曲线，没经过任何设计，对比图5可以发现并不存在带隙，因此说专利中经过设计的新结构可以在多个频率范围起到减振降噪效果。