一种树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法

本发明涉及声学黑洞结构的减振降噪领域，具体是一种树形结构的新型声学黑洞动力吸振器的设计方法。

背景技术：

1、近20年来，由于其紧凑、轻质和高能量集中的特性，声学黑洞结构在吸振领域得到了广泛的研究和关注。现有的研究证明了声学黑洞结构具有优良的宽频带能量聚集与损耗特性，是中高频下有效的宽带吸收器。然而现有声学黑洞动力吸振器吸振能力有限，且目前缺乏对声学黑洞动力器的一般设计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供种树形结构的新型声学黑洞动力吸振器的设计方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，包括以下步骤：

3、(1)基于声学黑洞原理，利用多个声学黑洞单元设计一种树形结构的动力吸振器；

4、(2)确定树形声学黑洞动力吸振器各部分的尺寸参数和材料参数；

5、(3)利用多体系统传递矩阵法，计算树形声学黑洞动力吸振器的模态损耗因子；

6、(4)主结构采用梁结构，确定主结构的尺寸参数和材料参数；

7、(5)确定动力吸振器在主结构上的安装位置，将其作为主结构上的附加减振装置；

8、(6)给主结构施加一个点载荷，利用多体系统传递矩阵法，分别计算主结构在附加和不附加树形声学黑洞动力吸振器时，主结构上驱动点的稳态响应。

9、本发明与现有技术相比，其显著优点：1.树形结构的声学黑洞动力吸振器更丰富的动力学特性有助于与主结构产生更好的频率匹配，从而产生阻尼控制和强相互作用控制相结合的优异减振效果。2.树形结构的声学黑洞动力吸振器不需要繁琐的参数调节即可对不同主结构实现低频宽带减振，具有很好的鲁棒性。

技术特征：

1.一种树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中动力吸振器包含多个一维声学黑洞单元，将等截面梁作为各声学黑洞单元间的连接器，连接器作为“树干”，各声学黑洞单元作为“分枝”，不同“分枝”可采取完全相同或不同的声学黑洞单元，构成了一个树形结构的声学黑洞动力吸振器。

3.根据权利要求1所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中的尺寸参数包括声学黑洞单元均匀段长度l1、厚度h1，楔形段长度l2、截断厚度h0，阻尼层厚度hd，连接器长度lc、厚度hc；材料参数包括铝的杨氏模量e1、密度ρ1、损耗因子η1，阻尼层的杨氏模量e2、密度ρ2、损耗因子η2；

4.根据权利要求1所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中利用线性分叉多体系统传递矩阵法对树形声学黑洞动力吸振器进行动力学建模，声学黑洞单元和连接器均采用欧拉伯努利梁模型，将树形声学黑洞动力吸振器简化为一个多元件组成分叉多体系统；将步骤(2)中给定的参数代入欧拉伯努利梁的传递矩阵中得到各元件的传递矩阵，根据树形声学黑洞动力吸振器对应的分叉多体系统的拓补结构进行各元件传递矩阵的“拼装”得到总传递矩阵；将边界条件代入总传递矩阵得到对应的特征方程，然后利用递归特征根搜索算法求解该特征方程，即可得到树形声学黑洞动力吸振器的模态损耗因子。

5.根据权利要求1所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中主结构可采用任意边界条件的梁结构，梁的尺寸参数包括长度l、厚度h，主结构材料为铝，铝的材料参数同步骤(2)。

6.根据权利要求1或5所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中主结构采用悬臂梁。

7.根据权利要求1所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(5)中将声学黑洞动力吸振器作为主结构上的附加减振装置，安装位置选择在目标减振频率范围内主结构的位移或速度响应最大值附近，动力吸振器和主结构构成了一个组合系统。

8.根据权利要求1所述的树形结构的声学黑洞动力吸振器设计方法，其特征在于：所述步骤(6)中利用线性分叉多体系统传递矩阵法对组合系统进行动力学建模，主结构采用欧拉伯努利梁模型，将组合系统简化为一个多元件组成分叉多体系统；将步骤(2)、步骤(4)中给定的参数代入欧拉伯努利梁的传递矩阵得到各元件的传递矩阵，根据组合系统对应的分叉多体系统的拓补结构进行各元件传递矩阵的“拼装”得到总传递矩阵；然后将组合系统的边界条件和所受点载荷代入总传递方程，即可计算附加树形声学黑洞动力吸振器时主结构上驱动点的稳态响应；当主结构未附加动力学吸振器时，只需将步骤(2)、步骤(4)中有关的动力吸振器尺寸参数设为0，即可得到相同边界条件和载荷条件下未附加动力吸振器时主结构上驱动点的稳态响应。

技术总结
本发明公开了一种树形结构的声学黑洞动力吸振器的设计方法，基于声学黑洞原理，设计了一种包含多个声学黑洞单元的树形声学黑洞动力吸振器。与相同质量与阻尼材料的只包含一个声学黑洞单元的声学黑洞动力吸振器对比发现，树形结构的声学黑洞动力吸振器具有更高的模态密度，因此其具有更优异的减振效果。

技术研发人员：芮筱亭,黄开兴,张燕妮,周秦渤
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13