【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程，涉及一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞和局域共振超材料。
技术介绍
1、超材料是基于人工结构单胞组成的新型人工复合周期材料，可实现传统自然材料无法实现的力学性能。超材料周期结构对动荷载的敏感性为实现振动与噪声控制提供了可能。传统局域共振型超材料在单胞结构中设置由柔性材料包裹的局域共振单元，进而产生阻止弹性波传播的禁带带隙，为实现宽频带隙和构建地震工程领域超材料提供了可能。然而，现有局域共振型超材料普遍存在带隙过窄的问题；特别是在以宽频成分为主的地震波调制领域，实现宽频带隙往往需要增加共振单元的附加质量、降低共振单元内有刚度，并增加共振单元等效阻尼效果。此外，相较于布拉格型超材料，局域共振型超材料虽然更适合极低频范围减振，但弹性波(特别是冲击作用)在共振带隙内有效衰减不足，现有超材料技术难以在工程允许条件下同时实现局域共振大质量及小变形前提下的阻尼增效，亟需发展具有宽频带隙和高衰减系数的超材料新单元。
2、专利cn114658782a公开了一种性能增强的双向缓冲吸能局域共振超材料，包括由多个单胞周期排列而成的多胞局域共振超材料结构；单胞由交叉曲梁、双向环、螺旋杆、长方体框架和连接杆构成，长方体框架由直梁组成，交叉曲梁由两根曲梁交叉组成，两组交叉曲梁安装在框架的两个相对面内，交叉曲梁的端部与长方体框架固定连接，两组交叉曲梁互相平行，单胞内双向环的上、下端面分别与两组交叉曲梁的中部通过螺旋杆固定连接，不同单胞在竖直方向通过直杆连接交叉曲梁的交叉处，水平方向通过共用长方体框架的方式进行连接，多个单胞周期排
3、专利cn107701635a公开了一种具有超阻尼特性的低频宽带局域共振结构，包括菱形框，所述菱形框的第一端与所述基体梁通过橡胶块相连接；所述菱形框内短对角线上设置橡胶条，所述橡胶条的一端与所述菱形框的第一端相连接，另一端与所述菱形框的第二端相连接；在菱形框两端设置质量块，并将该结构周期性地附加在梁单元上。虽然该专利通过在菱形对角线上设置橡胶条来实现附加阻尼，通过在菱形两端设置质量块来附加质量，然而该专利构建的局域共振结构不具备基于柔性杠杆的质量二次放大与电涡流超阻尼的能力，导致其拓展宽频带隙的能力较弱，且该专利同样不具备内部振动自由度，削弱了其在小变形情形下局域共振质量的变形放大和耗能单元的变形放大。
4、专利cn111609070a公开了一种具有宽低频隔振降噪性能的超材料装置，包括大质量块、小质量块和连杆；所述大质量块和小质量块均是由铝组成的长方体结构，所述大质量块和所述小质量块通过所述连杆依次交替铰接，大质量块和小质量上的每个铰接点形成准零刚度特性，共同组成直线型双振子周期结构；所述直线型双振子周期结构能够形成至少两条带隙结构，所述超材料装置所具有的准零刚度特性能够实现超低频范围内的强衰减效果；依次铰接的一个大质量块、一个小质量块和一个大质量块组成有单胞结构，每个大质量块和小质量块上均设有四个贯通的连接孔，所述连接孔内安装有铰接轴，相邻的一个大质量块和一个小质量块的同侧之间通过两个交错布置的连杆铰接。虽然该专利通过质量块交错布置的形式建立了超材料构型，然而该专利的附加质量较小，且难以进一步增加共振单元的附加质量，这使得该专利的超材料不足以实现工程隔振所需要的宽频带隙，此外，阻尼单元的缺失也限制了超材料对冲击作用的瞬态控制效果和稳态振动的消能减振能力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的至少一种缺陷而提供一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞和局域共振超材料，本专利技术能够实现宽频多维激励下的结构振动的增效控制。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的技术方案之一在于，提供一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，该单胞包括正刚度-负刚度单元、杠杆转动惯容单元、电涡流超阻尼单元和框架，
4、该框架包括内壳和外壳，所述内壳设置于外壳内滑动连接，所述外壳为单胞提供承载能力，
5、所述正刚度-负刚度单元包括第二滑块、第一滑块和第二连杆，所述第二滑块滑动伸入内壳内，所述内壳内设置有第一滑块，所述第二滑块的伸入端通过第二连杆与第一滑块铰接，伸出端通过弹性杆与外壳固定连接，所述内壳于第二滑块伸出的另一端通过弹性杆与外壳固定连接，
6、所述第二连杆设置为包括四根互相铰接的连杆的菱形连杆机构，
7、所述杠杆转动惯容单元包括第一连杆和扇形盘，所述内壳内转动设置有扇形盘，所述第一滑块与第二滑块铰接的另一端通过第一连杆与扇形盘铰接，
8、所述电涡流超阻尼单元包括磁铁，所述扇形盘设置于磁铁之间；
9、当外部荷载通过弹性杆作用于第二滑块上时，所述第二滑块相对内壳向内运动表现为负刚度的特性，所述第二滑块相对内壳向外运动表现为正刚度的特性；
10、连接外壳与两侧内部部件的弹性梁具有类似于调谐弹簧的作用，通过共振调谐来放大滑块的位移，从而放大负刚度/惯容单元变形；
11、所述第一滑块通过铰接的第一连杆推动扇形盘发生转动，从而实现惯容效果；
12、当扇形盘在第一连杆作用下发生转动时，切割磁铁之间的磁感线产生电涡流，涡流场与磁场相互作用产生的洛伦兹力阻碍扇形盘与磁场间的相对运动，同时电涡流于扇形盘中转化为热能耗散，从而提供超阻尼效果。
13、进一步地，所述正刚度-负刚度单元还包括连接板，所述第二滑块的伸出端固定连接有连接板，该连接板于第二滑块连接的另一侧固定连接弹性杆，所述第二滑块沿内壳的开槽发生水平方向的移动，并带动菱形连杆机构的第二连杆发生变形。
14、进一步地，所述弹性杆设置有多根，其中一根布置于单胞的中轴线上，其余对称布置于中轴线的两侧；
15、对称布置于中轴线两侧的弹性杆设置为弹性曲杆，该弹性曲杆靠近内壳的连接端与中轴线的距离小于与外壳的连接端与中轴线的距离，所述弹性曲杆弯曲设计的目的是为了使弹性曲杆具有变形能力，在受力过程中能够实现压缩变形、拉伸变形和复位。
16、进一步地，所述正刚度-负刚度单元还包括预压弹簧，所述内壳的内壁之间固定连接有支撑杆，该支撑杆上套设有预压弹簧，所述第二连杆不与滑块铰接的两铰接点通过套环分别滑动套设于支撑杆上，目的是控制菱形连杆机构在单胞中的相对状态，所述第二连杆不与滑块铰接的两铰接点之间通过预压弹簧连接；
17、所述菱形连杆机构和预压弹簧相结合引入了非线性刚度，放大了单胞内部的变形能力，提升了惯容减振与电涡流超阻尼的耗能能力。
18本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，该单胞包括正刚度-负刚度单元、杠杆转动惯容单元、电涡流超阻尼单元和框架，
2.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述正刚度-负刚度单元还包括连接板(1)，所述第二滑块(2)的伸出端固定连接有连接板(1)，该连接板(1)于第二滑块(2)连接的另一侧固定连接弹性杆(9)。
3.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述弹性杆(9)设置有多根，其中一根布置于单胞的中轴线上，其余对称布置于中轴线的两侧；
4.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述正刚度-负刚度单元还包括预压弹簧(13)，所述内壳(8)的内壁之间固定连接有支撑杆(15)，该支撑杆(15)上套设有预压弹簧(13)，所述第二连杆(12)不与滑块铰接的两铰接点通过套环分别滑动套设于支撑杆(15)上，所述第二连杆(12)不与滑块铰接的两铰接点之间通过预压弹簧(13)连接。
5.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述内壳(8
6.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述扇形盘(5)反向布置有两块，所述第一滑块(3)与第二滑块(2)铰接的另一端通过两根第一连杆(4)分别与两块扇形盘(5)铰接。
7.根据权利要求6所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述电涡流超阻尼单元包括第一磁铁(6)和第二磁铁(7)，所述第一磁铁(6)和第二磁铁(7)分别布置有两块，安装于内壳(8)的内壁；
8.根据权利要求7所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，在长度方向上两块扇形盘(5)同层布置，两块第二磁铁(7)布置于扇形盘(5)的两侧；
9.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述内壳(8)和外壳(10)的侧壁之间通过滚珠(11)滑动连接。
10.一种局域共振超材料，其特征在于，该局域共振超材料包括多个串联或并联的如权利要求1至9中任一项所述的单胞。
...【技术特征摘要】
1.一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，该单胞包括正刚度-负刚度单元、杠杆转动惯容单元、电涡流超阻尼单元和框架，
2.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述正刚度-负刚度单元还包括连接板(1)，所述第二滑块(2)的伸出端固定连接有连接板(1)，该连接板(1)于第二滑块(2)连接的另一侧固定连接弹性杆(9)。
3.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述弹性杆(9)设置有多根，其中一根布置于单胞的中轴线上，其余对称布置于中轴线的两侧；
4.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞，其特征在于，所述正刚度-负刚度单元还包括预压弹簧(13)，所述内壳(8)的内壁之间固定连接有支撑杆(15)，该支撑杆(15)上套设有预压弹簧(13)，所述第二连杆(12)不与滑块铰接的两铰接点通过套环分别滑动套设于支撑杆(15)上，所述第二连杆(12)不与滑块铰接的两铰接点之间通过预压弹簧(13)连接。
5.根据权利要求1所述的一种惯性-超阻尼耦合增效型单胞...
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