基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座

摘要

本发明公开的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、线圈及一维声子晶体结构；导磁钢板通过软磁材料件设置于导磁钢架的支撑部的顶端，线圈绕设于导磁钢架的支撑部上，一维声子晶体结构设置于导磁钢架的基座与导磁钢板之间；所述一维声子晶体结构由钢箔、铅板、磁流变弹性体三种组分按周期排列若干层。本发明提供的隔振支座，通过引入一维声子晶体结构，实现了对中低频段弹性波振动的阻隔；通过外磁场可以调节弹性波禁带范围，可调节频率范围广；形成非接触式控制，应用范围更广；一维声子晶体结构采用三组分结构周期层叠设计，可设计性强。

权利要求

1.一种基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、线圈；导磁钢板通过软磁材料件设置于导磁钢架的支撑部的顶端，线圈绕设于导磁钢架的支撑部上；其特征在于，还包括一维声子晶体结构，一维声子晶体结构设置于导磁钢架的基座与导磁钢板之间；所述一维声子晶体结构由钢箔、铅板、磁流变弹性体三种组分按周期排列若干层。

2.根据权利要求1所述的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述一维声子晶体结构中的钢箔、铅板、磁流变弹性体三种组分按周期排列30层以上。

3.根据权利要求1或2所述的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述钢箔厚度0.0001m，铅板厚度0.0009m、磁流变弹性体厚度0.0019m。

4.根据权利要求3所述的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述铅板材料的参数为：密度ρPb＝11350kg/m3,纵波波速CPbl＝2158m/s和横波波速CPbt3

＝860m/s，钢箔的参数为：密度ρs＝7890kg/m ,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝

3220m/s，磁流变弹性体的橡胶基体中的铁颗粒的体积比27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×

103kg·m-3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg·m-3，泊松比0.47。

5.根据权利要求3所述的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述线圈产生的外磁场强度可调节范围为0－1000KA/m。

6.根据权利要求5所述的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，所述导磁钢架的支撑部设置于基座左右两侧，所述线圈绕设于两侧的支撑部上。

说明书

基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座

〖技术领域〗

[0001] 本发明涉及材料、机械构造、电磁技术等领域，具体涉及一种工程结构中使用的隔振支座。〖背景技术〗

[0002] 磁流变弹性体材料由天然橡胶或者硅橡胶基体和磁性颗粒组成，磁性颗粒在外加磁场条件下会形成链状聚集结构，其力学性能可以受到控制。磁流变弹性体集中了磁流变液和弹性体的优点，响应快，可逆性好，且克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点。磁流变弹性体材料在航空航天、汽车、振动控制等领域具有广泛的应用前景。

[0003] 声子晶体的研究为振动控制领域提供新的思路。声子晶体是由两种或两种以上弹性材料组成，具有弹性波禁带特性的周期性复合结构。弹性波在周期性复合结构中传播时形成能带结构，能带之间波无法传播的频率范围称为弹性波禁带。在禁带频率范围内，弹性波将会被抑制。声子晶体的禁带由材料弹性常数，填充率及晶格等决定，因此其有很强的可设计性。

[0004] 现有的隔振支座多种多样，但是目前还没有结合声子晶体的频率禁带隔振特性和磁流变弹性体的阻尼、刚度可控特性设计的磁流变弹性体隔振支座。〖发明内容〗

[0005] 本发明的目的是提供一种磁流变弹性体隔振支座，基于声子晶体结构，弹性波禁带可调。本发明的目的由以下技术方案实现：

[0006] 一种基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其特征在于，包括：导磁钢架、导磁钢板、软磁材料件、线圈及一维声子晶体结构；导磁钢板通过软磁材料件设置于导磁钢架的支撑部的顶端，线圈绕设于导磁钢架的支撑部上，一维声子晶体结构设置于导磁钢架的基座与导磁钢板之间；所述一维声子晶体结构由钢箔、铅板、磁流变弹性体三种组分按周期排列若干层。

[0007] 作为具体的技术方案，所述一维声子晶体结构中的钢箔、铅板、磁流变弹性体三种组分按周期排列30层以上。

[0008] 作为具体的技术方案，所述钢箔厚度0.0001m，铅板厚度0.0009m、磁流变弹性体厚度0.0019m。

[0009] 作为具体的技术方案，所述铅板材料的参数为：密度ρPb＝11350kgm3,纵波波速CPbl3
＝2158m/s和横波波速CPbt＝860m/s，钢箔的参数为：密度ρs＝7890kgm ,纵波波速Csl＝
5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s，磁流变弹性体的橡胶基体中的铁颗粒的体积比27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg·m-3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg·m-3，泊松比0.47。

[0010] 作为具体的技术方案，所述线圈产生的外磁场强度可调节范围为0－1000KA/m。

[0011] 作为具体的技术方案，所述导磁钢架的支撑部设置于基座左右两侧，所述线圈绕设于两侧的支撑部上。

[0012] 本发明提供的基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，与目前的隔振支座相比，其有益效果在于：引入一维声子晶体结构，实现对中低频段弹性波振动的阻隔；通过外磁场可以调节弹性波禁带范围，可调节频率范围广；形成非接触式控制，应用范围更广；一维声子晶体结构采用三组分结构周期层叠设计，可设计性强。〖附图说明〗

[0013] 图1为本发明实施例提供的隔振支座的构造示意图。

[0014] 图2为本发明实施例提供的隔振支座中一维声子晶体结构的弹性波带结构图及对应的透射系数图。

[0015] 图3为本发明实施例提供的隔振支座中一维声子晶体结构在外磁场调节下的弹性波带结构变化图。〖具体实施方式〗

[0016] 如图1所示，实施例提供的隔振支座包括：导磁钢架10、导磁钢板20、软磁材料件30、线圈40及一维声子晶体结构50。导磁钢架10由基座11和支撑部12构成，支撑部12设置于基座11上端两侧。软磁材料件30为大变形软磁材料件，设置于导磁钢架10的两侧支撑部12的顶端，导磁钢板20进而设置于软磁材料件30上端。线圈40绕设于导磁钢架10的两侧支撑部12上，用于产生外磁场，通电线圈外磁场强度可调节范围为0－1000KA/m。

[0017] 考虑磁流弹性体的弹性模量受外磁场影响，以及声子晶体弹性波禁带受弹性材料弹性模量比值、弹性材料的排列、散射体的形状大小位置等影响。本实施例的一维声子晶体结构选择三组分结构，即一维声子晶体结构50由钢箔、铅板、磁流变弹性体三种组分按周期排列30层以上，该一维声子晶体结构50设置于导磁钢架10的基座11与导磁钢板20之间。其中，导磁钢箔有利于形成闭合磁场，铅板由于其高密度及低弹性模量作为散射体。

[0018] 上述一维声子晶体结构50中，钢箔厚度0.0001m，铅板厚度0.0009m、磁流变弹性体厚度0.0019m。具体地，本实施实例选择的是铅板材料的参数为：密度ρPb＝11350kgm3,纵波波速CPbl＝2158m/s和横波波速CPbt＝860m/s，钢箔的参数为：密度ρs＝7890kgm3,纵波波速Csl＝5780m/s和横波波速Cst＝3220m/s，磁流变弹性体的橡胶基体中的铁颗粒的体积比27％，铁颗粒密度ρFe＝7.89×103kg·m-3，橡胶密度ρr＝1.2×103kg·m-3，泊松比0.47。

[0019] 上述隔振支座为基于一维声子晶体结构的磁流变弹性体隔振支座，其核心部件是三组分一维周期排列的声子晶体结构50，其组分厚度相对另外两个维度小得多。其中，导磁钢箔有利形成封闭的磁场，铅板由于其高密度且弹性模量较小，易产生弹性波禁带。当外磁场从0调节到1000KA/m时，弹性波禁带的频率位置及大小发生较大变化。本发明实施例通过上述设计，将三种材料构造成一维声子晶体结构，通过导磁钢板和导磁钢箔加载外磁场，调节外磁场就可调节弹性波禁带。

[0020] 图2为本实施例提供的隔振支座中一维声子晶体结构的弹性波禁带结构图及对应的透射系数图，其中支座在中低频范围内存在多个频段的禁带，在禁带范围内透射系数非常小。

[0021] 图3为实施例提供的隔振支座中一维声子晶体结构在外磁场调节下的弹性波禁带变化图，在外磁场作用下，多个禁带频率位置和大小发生变化。通过支座可以对系统中低频段弹性波振动进行阻隔，通过外磁场可以非接触式调控弹性波禁带，可以有选择地构造一个隔振平台。

[0022] 以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，基于本发明创新主旨的、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当属于本申请揭露的范围。