1.一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,包括支撑架主体,其特征在于,所述支撑架主体由上面板(1)、至少2块竖直肘板(2)构成至少一个门框型框架,所述框架的后侧连接有腹板(3),下端连接有阻振体(4),所述上面板(1)的两端自前至后分别设置有一维声学黑洞楔形结构一(1‑1)和一维声学黑洞楔形结构二(1‑2),所述肘板(2)上部设置有至少2个小直径二维声学黑洞一(2‑1)、下部设置有至少2个大直径二维声学黑洞二(2‑2),所述腹板(3)上设置有至少2个二维声学黑洞阵列(3‑2),两端分别设置有一维声学黑洞楔形结构三(3‑1),所述一维声学黑洞楔形结构一(1‑1),一维声学黑洞楔形结构二(1‑2),二维声学黑洞结构一(2‑1),二维声学黑洞结构二(2‑2),一维声学黑洞楔形结构三(3‑1)和二维声学黑洞阵列(3‑2)相对应的一侧平面上分别敷设有阻尼层(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述上面板(1)和腹板(3)均为矩形钢板,所述肘板(2)为直角梯形钢板,所述阻振体(4)的断截面为矩形空心或实心结构钢。
3.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述声学m
黑洞的截面符合h(x)=εx+h0的衰减规律,式中h(x)为x处声学黑洞结构的厚度,ε为常数,式中,r为声学黑洞半径,h为板厚,h0为声学黑洞结构的截断厚度,h0为0.2~1mm,幂指数m为大于等于2的正有理数;所述一维声学黑洞是截面沿法向方向拉伸而成的楔形结构;二维声学黑洞是截面沿y轴旋转而成的凹坑型结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述上面板(1)两端边缘分布两组大小不同的一维声学黑洞楔形结构一(1‑1)和一维声学黑洞楔形结构二(1‑2),其宽度均为上面板(1)的宽度的一半。
5.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述二维声学黑洞阵列(3‑2)的阵列方式为矩形阵列或环形阵列,每个阵列的二维声学黑洞的个数为4‑6个。
6.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述二维声学黑洞结构一(2‑1)、二维声学黑洞结构二(2‑2)和二维声学黑洞阵列(3‑2)的边缘到板边缘、两相邻声学黑洞的边缘的距离为大于0.3r,其中r为声学黑洞特征尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述阻尼层(5)厚度为声学黑洞局部厚度h0的4~10倍,其为粘弹性阻尼材料。
8.根据权利要求1所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架,其特征在于,所述连接为焊接。
9.一种根据权利要求1‑8任一项所述的一种基于声学黑洞的复合减振支撑架的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:利用振动测试系统测出动力机械的振动线谱,确定减振起始频率f;
S2:确定幂律m,m取2.0~2.5;当m取较大时,可使振动传递至边界时的反射系数显著降低,但是m越大,制造越困难,且在低频时可能会不满足平滑性条件;
S3:计算声学黑洞特征尺寸r,其中,一维声学黑洞特征尺寸r为长度,二维声学黑洞特征尺寸r为半径;具体内容和步骤是:
S3‑1:由声学黑洞聚集效应的减振起始频率变换得到 进行确定,其中h表示平板厚度,ρ1为材料密度,E1为材料杨氏模量,υ为材料泊松比;对一维声学黑洞楔形结构一(1‑1)、一维声学黑洞楔形结构三(3‑1),二维声学黑洞结构一(2‑1)、二维声学黑洞阵列(3‑2),将减振起始频率f代入公式计算得到其声学黑洞特征尺寸r1;
S3‑2:对于上面板(1)和肘板(2)上的声学黑洞,较大一组一维声学黑洞楔形结构二(1‑
2)、二维声学黑洞结构二(2‑2)参数由 进而确定半径S4:计算声学黑洞截面函数;具体内容和步骤是:S4‑1:计算一维声学黑洞楔形结构一(1‑1)、一维声学黑洞楔形结构三(3‑1)、二维声学黑洞结构一(2‑1)、二维声学黑洞阵列(3‑2)截面函数h1(x),ε1由板厚h和声学黑洞特征尺寸m
r1决定, h1(x)=ε1x+h0;
S4‑2:计算一维声学黑洞楔形结构二(1‑2)、二维声学黑洞结构二(2‑2)截面函数h2(x)m
=ε2x+h0;
S5:计算反射系数,为弯曲波的输出与输入量之比:其中x0,x为声学黑洞的截面的起止点;E1,E2,ρ1,ρ2,η1,η2分别为板和阻尼层的杨氏模量、密度、损耗因子;δ为阻尼层厚度; 为波数,其中c为波在板中的波速,f为波的频率;在未粘贴阻尼时,声学黑洞很小的局部厚度也会使反射系数较大,降低声学黑洞的聚波效应效果;利用一维声学黑洞的反射系数公式快速评估各声学黑洞结构的反射系数;
未敷设阻尼层时声学黑洞及支撑结构的阻尼损耗因子较小,同时由于声学黑洞局部厚度不可避免地存在,会使支撑结构的减振效果不明显,在声学黑洞的中心区域敷设阻尼层,可有效抑制声学黑洞结构的反射系数;阻尼层半径或长度应大于0.5倍声学黑洞特征尺寸r,因为振动能大部分都在声学黑洞中心区域消耗掉,因此,应粘贴在声学黑洞的中心区域,尽可能覆盖全部区域;更厚的阻尼层δ可提高声学黑洞的减振效果,兼顾声学黑洞的减振效果和经济性,一般应使阻尼材料的损耗因子大于0.5且阻尼层厚度为局部厚度h0的4~10倍,应将减振频段内的反射系数控制在0.5以内;
S6:验证平滑性条件:
若不满足平滑性条件和反射系数控制要求,重复S2及以后的步骤,直至满足条件要求。