CN212423433U

CN212423433U - 基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***

Info

Publication number: CN212423433U
Application number: CN202020932191.6U
Authority: CN
Inventors: 代路; 王苇; 林原胜; 柯志武; 劳星胜; 吕伟剑; 赵振兴; 吴君; 马灿; 戴春辉; 柳勇; 杨小虎; 廖梦然; 李勇; 王俊荣
Original assignee: Wuhan No 2 Ship Design Institute No 719 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp
Current assignee: Wuhan No 2 Ship Design Institute No 719 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2030-05-28

Abstract

本实用新型涉及隔振技术领域，公开了一种基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***，其中隔振装置包括支撑结构，所述支撑结构用于设置在振源设备和安装基座之间，所述支撑结构上构造有若干个声学黑洞结构，所述声学黑洞结构连接有局域振子组件。本实用新型提供的一种基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***，通过支撑结构上的声学黑洞结构，将振源设备传递的振动能量汇聚于声学黑洞结构，实现振动能量的高效聚集，在此基础上，通过在声学黑洞结构处安装局域振子组件，能够实现振动能量的高效吸收，从而在振源设备的振动传递过程中，有效提升振动隔离效果。

Description

基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***

技术领域

本实用新型涉及隔振技术领域，特别是涉及一种基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***。

背景技术

动力机械是船舶最重要的振动噪声来源，剧烈的振动会造成结构疲劳破坏，诱发机械故障，并降低动力机械的性能和安全可靠性，更重要的是，动力机械的振动通过减振器传递给船体，船体的振动引起水下辐射噪声，而过大的辐射噪声会影响水下舰船的声自导和制导，并且易于暴露自己，降低自身的声隐身性，成为影响舰船隐蔽性和生命力的重要因素。

隔振技术被认为是控制机械设备振动传递的主要技术手段，然而，传统的隔振技术均存在一定的局限性。为提高低频隔振效果，需要减振器具有足够低的刚度，而同时为保证一定的承载能力和稳定性，又必须具有较大的静态刚度，因此，传统被动隔振技术能较为有效地隔离机械设备的中高频振动，但对低频振动控制效果差，而对于舰船而言，低频振动产生的水下辐射噪声由于其传播距离远且不易衰减对舰船的隐蔽性和生命力有着至关重要的影响。理论上讲，主动隔振技术能有效控制低频振动，但由于主动控制***是机电一体化***，其***复杂、代价昂贵，并且受到安装空间、重量等多方面因素的影响和制约，目前主动隔振技术在国内舰船领域的工程应用面临极大困难。

目前传统的隔振技术存在对低频振动控制效果较差，不能满足船舶机械设备隔振需要的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***，用于解决或部分解决目前传统的隔振技术存在对低频振动控制效果较差，不能满足船舶机械设备隔振需要的问题。

本实用新型实施例提供一种基于声学黑洞结构的隔振装置，包括支撑结构，所述支撑结构用于设置在振源设备和安装基座之间，所述支撑结构上构造有若干个声学黑洞结构，所述声学黑洞结构连接有局域振子组件。

在上述方案的基础上，若干个所述声学黑洞结构在所述支撑结构上均匀分布。

在上述方案的基础上，所述声学黑洞结构的上下表面分别设有阻尼涂层。

在上述方案的基础上，所述声学黑洞结构的上下表面分别呈凹面，且所述声学黑洞结构的厚度从中间到边缘连续性增大。

在上述方案的基础上，所述声学黑洞结构的中间部位形成有厚度均匀的支撑平台。

在上述方案的基础上，所述局域振子组件连接于所述支撑平台。

在上述方案的基础上，所述局域振子组件连接在所述声学黑洞结构的上方或下方。

在上述方案的基础上，所述局域振子组件包括支撑弹簧和质量块，所述支撑弹簧的一端与所述声学黑洞结构相连，所述支撑弹簧的另一端与所述质量块相连。

在上述方案的基础上，所述支撑结构的上表面连接有用于连接振源设备的上层隔振器，所述支撑结构的下表面连接有用于连接安装基座的下层隔振器。

本实用新型实施例提供还一种船舶***，包括上述基于声学黑洞结构的隔振装置，还包括振源设备、安装基座和船舶壳体，所述隔振装置设于所述振源设备和所述安装基座之间，所述安装基座固定于所述船舶壳体。

本实用新型实施例提供的一种基于声学黑洞结构的隔振装置及船舶***，通过支撑结构上的声学黑洞结构，将振源设备传递的振动能量汇聚于声学黑洞结构，实现振动能量的高效聚集，在此基础上，通过在声学黑洞结构处安装局域振子组件，能够实现振动能量的高效吸收，从而在振源设备的振动传递过程中，有效提升振动隔离效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的基于声学黑洞结构的隔振装置的整体连接示意图；

图2为本实用新型实施例中声学黑洞结构的示意图；

图3为本实用新型实施例中声学黑洞结构在支撑结构上的分布示意图；

图4为本实用新型实施例中支撑结构的截面示意图。

附图标记说明：

其中，1、振源设备；2、上层隔振器；3、支撑结构；4、声学黑洞结构；5、阻尼涂层；6、局域振子组件；6a、质量块；6b、支撑弹簧；7、下层隔振器；8、安装基座；9、船舶壳体；10、支撑平台；11、厚度光滑变化区域。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考图1，本实用新型实施例提供一种基于声学黑洞结构的隔振装置，该隔振装置包括支撑结构3，支撑结构3用于设置在振源设备1和安装基座8之间，支撑结构3上构造有若干个声学黑洞结构4，参考图2，声学黑洞结构4连接有局域振子组件6。

在支撑结构3上构造形成声学黑洞结构4，用于聚集从振源设备1传递来的振动能量。在声学黑洞结构4处连接局域振子组件6，用于吸收声学黑洞结构4聚集的振动能量。通过支撑结构3中声学黑洞结构4聚集振源设备1传递的振动能量。

本实施例提供的一种基于声学黑洞结构的隔振装置，通过支撑结构3上的声学黑洞结构4，将振源设备1传递的振动能量汇聚于声学黑洞结构4，实现振动能量的高效聚集，在此基础上，通过在声学黑洞结构4处安装局域振子组件6，能够实现振动能量的高效吸收，从而在振源设备1的振动传递过程中，有效提升振动隔离效果。

且设置支撑结构3可满足对振源设备1进行稳定支撑的静态刚度要求，在支撑结构3上设置声学黑洞结构4，可实现对振动能量的高效聚集吸收，从而可提高对低频振动的控制效果，既能满足支撑刚度需要，又能满足隔振需要，可满足船舶机械设备的隔振需要。进一步地，在支撑结构3上构造形成声学黑洞结构4，是在支撑结构3的基础上通过对支撑结构3进行加工处理形成声学黑洞结构4，声学黑洞结构4与支撑结构3为一体结构，进一步地增大了支撑结构3的静态刚度。

进一步地，支撑结构3可为钢板，也可为其他材质，以能满足支撑刚度要求为目的，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，若干个声学黑洞结构4在支撑结构3上均匀分布。可对振源设备1传递来的振动能量实现均匀充分的吸收，有利于保证隔振效果。

进一步地，每个声学黑洞结构4均连接有一个局域振子组件6。从而使得局域振子组件6同样在支撑结构3上均匀分布。优选地，声学黑洞结构4关于振源设备1均匀对称分布。

将声学黑洞结构4和局域振子组件6在支撑结构3中的分布呈现均匀性的形态，利用声学黑洞结构4和局域振子组件6的均匀性，使支撑结构3成为一种人工的声子晶体结构，这种人工声子晶体兼具布拉格散射型声子晶体和局域共振型声子晶体的特性，从而获得支撑结构3的振动宽频带隙，有效增加支撑结构3振动幅值的衰减幅度，并使支撑结构3振动带隙的作用范围向低频拓展。

进一步地，参考图3，本实施例中支撑结构3可为矩形，声学黑洞结构4的外轮廓可为圆形，声学黑洞结构4可呈阵列均匀分布在支撑结构3上。支撑结构3还可为其他形状，例如圆形、方形或其他任何规则不规则形状；声学黑洞结构4的外轮廓同样可为其他任何规则不规则形状，以满足厚度变化为目的；声学黑洞结构4在支撑结构3上也可为其他排布形式；具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，声学黑洞结构4的上下表面分别设有阻尼涂层5。阻尼涂层5用于损耗声学黑洞结构4聚集的振动能量。

在上述实施例的基础上，进一步地，声学黑洞结构4的上下表面分别呈凹面，且声学黑洞结构4的厚度从中间到边缘连续性增大。声学黑洞结构4的上下表面相比支撑结构3的表面呈凹面。且为光滑连续凹面。声学黑洞结构4的边缘与支撑结构3的表面光滑连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，声学黑洞结构4的中间部位形成有厚度均匀的支撑平台10。

在上述实施例的基础上，进一步地，局域振子组件6连接于支撑平台10。在声学黑洞结构4的中间部位形成支撑平台10，可便于在支撑平台10处连接局域振子组件6。声学黑洞结构4从支撑平台10向边缘部位厚度连续性增大。

具体的，声学黑洞结构4由中间支撑平台10和厚度光滑变化区域11组成。厚度光滑变化区域11的结构厚度以指数函数形式变化。参考图2，具体的，厚度光滑变化区域11的厚度h(x)＝εx^m，其中指数m≥2，系数ε可根据实际情况和经验选取。即图2中厚度光滑变化区域11的表面在x₁和x₂两点之间呈指数函数变化，其中x₁为支撑平台10的外侧位置即为厚度光滑变化区域11的起点位置，x₂为厚度光滑变化区域11的终点位置。

厚度光滑变化区域11使得支撑结构3的局部结构阻抗随厚度变化而发生光滑地变化，弯曲波的波速会随之减小，大量振动能量将汇聚于声学黑洞结构4的中间，实现振动能量的高效聚集。进一步地，一方面通过在声学黑洞结构4的上下内凹表面粘贴阻尼涂层5，起到损耗声学黑洞结构4区域振动能量的作用，能够降低整个频域范围内共振频率处中间支撑结构3的振动响应；另一方面通过在声学黑洞结构4中间支撑平台10安装局域振子组件6，起到将声学黑洞结构4区域振动能量转移吸收至局域振子组件6的作用，能够有效降低支撑结构3的振动响应。

本实施例利用支撑结构3分布的声学黑洞结构4、阻尼涂层5和局域振子组件6，实现结构振动能量的高效聚集、损耗和吸收，从而在振源设备1的振动传递过程中，使结构振动强烈衰减，有效提升振动隔离效果。进一步地，设置声学黑洞结构4的上下表面均呈凹面，更有利于振动能量的汇集，提高隔振效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4，局域振子组件6连接在声学黑洞结构4的上方或下方。

在上述实施例的基础上，进一步地，局域振子组件6包括支撑弹簧6b和质量块6a，支撑弹簧6b的一端与声学黑洞结构4相连，支撑弹簧6b的另一端与质量块6a相连。

参见图1和图4所示，局域振子组件6包含集中质量块6a和支撑弹簧6b，并可根据安装的空间条件采用正向安装方式或反向吊装方式安装于支撑结构3的声学黑洞结构4支撑平台10的上部或下部。本实施例中局域振子组件6具有抑制结构振动低频特征线谱的作用，具体地，针对振源设备1的最强激励频率，可通过合理设计局域振子组件6中质量块6a的质量和支撑弹簧6b的刚度，实现支撑结构3中最强低频线谱峰值的大幅降低。该质量块6a的具体质量和支撑弹簧6b的具体刚度可结合实际情况，根据经验或者试验确定。

在上述实施例的基础上，进一步地，支撑结构3的上表面连接有用于连接振源设备1的上层隔振器2，支撑结构3的下表面连接有用于连接安装基座8的下层隔振器7。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，本实施例提供一种船舶***，该船舶***包括上述任一实施例所述的基于声学黑洞结构4的隔振装置，还包括振源设备1、安装基座8和船舶壳体9，隔振装置设于振源设备1和安装基座8之间，安装基座8固定于船舶壳体9。该船舶***中的振源设备1可为动力设备。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例针对目前船舶动力机械隔振技术的不足，提供一种具有低频宽带性能、附加影响小、成本低的船舶动力机械隔振***。具体公开了一种基于声学黑洞结构4的隔振装置，其用于提升振动隔离的低频宽带效果，可用于船舶振源设备1的隔振，能够有效提升低频段隔振效果。隔振装置包括：声学黑洞结构4，其用于聚集振源设备1传递的振动能量；支撑结构3，其分布有均匀的声学黑洞结构4，且与上、下层隔振器7相连接，作为振源设备1向船舶壳体9振动传递的主要通道；阻尼涂层5，其用于损耗声学黑洞结构4聚集的振动能量；局域振子组件6，其用于吸收声学黑洞结构4聚集的振动能量。

本实施例能够在振源设备1向船舶壳体9振动传递的过程中，通过声学黑洞结构4实现振动能量的高效聚集，阻尼涂层5和局域振子实现振动能量的高效损耗和吸收，并利用声学黑洞结构4和局域振子的均匀性获得低频振动带隙，达到有效提升振动隔离低频宽带效果的目的。

本实施例通过支撑结构3中的声学黑洞结构4，使结构阻抗随厚度的变化而发生光滑地变化，弯曲波的能量将汇聚于声学黑洞结构4的中间，实现振动能量的高效聚集。在此基础上，通过在声学黑洞的上下内凹表面粘贴阻尼涂层5，并在声学黑洞结构4支撑平台10安装局域振子组件6，能够实现振动能量的高效损耗和吸收，从而在振源设备1向船舶壳体9振动传递的过程中，有效提升振动隔离效果。

本实施例将声学黑洞结构4和局域振子组件6在支撑结构3中的分布呈现均匀性的形态，使支撑结构3成为一种人工的声子晶体结构，这种人工声子晶体兼具布拉格散射型声子晶体和局域共振型声子晶体的特性，从而获得支撑结构3的振动宽频带隙，有效增加支撑结构3振动幅值的衰减幅度，并使支撑结构3振动带隙的作用范围向低频拓展。

本实施例中局域振子组件6具有抑制结构振动低频特征线谱的作用，针对振源设备1的最强激励频率，通过合理设计局域振子中集中质量块6a的质量和支撑弹簧6b的刚度，实现结构中最强低频线谱峰值的大幅降低。

本实施例在实现提升船舶振源设备1振动隔离低频宽带效果的同时，可根据不同振源设备1的激励特性，灵活确定支撑结构3中声学黑洞结构4的数目、尺寸、分布以及局域振子组件6的设计参数，且适用范围广、易于实施、成本低。声学黑洞结构4的具体数目、尺寸和分布可根据实际振源设备1的激励特性以及支撑刚度需要设定，具体不做限定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，包括支撑结构，所述支撑结构用于设置在振源设备和安装基座之间，所述支撑结构上构造有若干个声学黑洞结构，所述声学黑洞结构连接有局域振子组件。

2.根据权利要求1所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，若干个所述声学黑洞结构在所述支撑结构上均匀分布。

3.根据权利要求1所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述声学黑洞结构的上下表面分别设有阻尼涂层。

4.根据权利要求1至3任一所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述声学黑洞结构的上下表面分别呈凹面，且所述声学黑洞结构的厚度从中间到边缘连续性增大。

5.根据权利要求4所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述声学黑洞结构的中间部位形成有厚度均匀的支撑平台。

6.根据权利要求5所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述局域振子组件连接于所述支撑平台。

7.根据权利要求1至3任一所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述局域振子组件连接在所述声学黑洞结构的上方或下方。

8.根据权利要求1至3任一所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述局域振子组件包括支撑弹簧和质量块，所述支撑弹簧的一端与所述声学黑洞结构相连，所述支撑弹簧的另一端与所述质量块相连。

9.根据权利要求1至3任一所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，其特征在于，所述支撑结构的上表面连接有用于连接振源设备的上层隔振器，所述支撑结构的下表面连接有用于连接安装基座的下层隔振器。

10.一种船舶***，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的基于声学黑洞结构的隔振装置，还包括振源设备、安装基座和船舶壳体，所述隔振装置设于所述振源设备和所述安装基座之间，所述安装基座固定于所述船舶壳体。