1.本发明属于隔振降噪技术领域，特别是涉及一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构。


背景技术：

2.目前，低振动与低噪声是现代装备发展的一个重要指标特征，如果振动和噪声过强，不但会严重影响装备的工作性能，而且也会严重影响环境舒适性。
3.对于船舶和车辆系统来说，动力机械是最主要的振动噪声来源。以船舶装备中的潜艇为例，剧烈的振动会严重降低动力机械的性能和运行安全性，而且过强的噪声会引起的水下噪声辐射，进而影响潜艇的声自导和制导，并破坏潜艇的隐蔽性，因此噪声成为影响潜艇隐蔽性和生存能力的重要因素。
4.隔振降噪技术是控制机械设备振动传递的主要技术手段，但传统的隔振降噪技术仍存在一定的局限性，其虽然可以有效隔离高频振动，但对低频振动的隔振降噪效果并不理想，而且传统的隔振降噪结构普遍存在厚重的缺陷。对于潜艇来说，低频振动产生的水下辐射噪声，具有传播距离远且不易衰减的特点，因此为了提高潜艇在水下的隐蔽性和生存能力，研发一种能够有效隔离低频振动的隔振降噪结构势在必行。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构，与传统的隔振降噪结构相比，大幅度提升了隔振降噪结构对低频振动的隔振降噪效果，同时还实现了隔振降噪结构的减重，并且可以有效降低隔振降噪结构的局部刚度，能够对低频范围内的振动进行有效吸收和隔离。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构，整体采用板式结构，分为隔振降噪区域、设备安装区域及连接区域；所述连接区域位于隔振降噪结构板体的边部，用于隔振降噪结构板体间的连接；所述设备安装区域位于隔振降噪结构板体的中部，用于动力机械的安装；所述隔振降噪区域位于设备安装区域外侧，用于对动力机械产生的振动和噪声进行吸收和隔离。
7.所述隔振降噪区域内设有若干二维声学黑洞晶胞，若干二维声学黑洞晶胞在隔振降噪区域内呈矩阵式分布。
8.所述二维声学黑洞晶胞为正方形，在二维声学黑洞晶胞的板体前后表面均设有圆形内凹区，且圆形内凹区的圆心与二维声学黑洞晶胞的中心相重合。
9.在所述圆形内凹区所在的二维声学黑洞晶胞上开设有螺旋形缝隙，螺旋形缝隙的中心与圆形内凹区的圆心相重合。
10.在所述圆形内凹区所在的二维声学黑洞晶胞的板体前后表面均喷涂有阻尼层，用于提高隔振降噪结构对振动的衰减作用。
11.所述圆形内凹区所在的二维声学黑洞晶胞的板体厚度按照公式h(x)＝2εx
m
+2h0进
行设计，式中，h(x)为板体厚度，ε为平滑常数，x为板体上任意点到圆心的距离，m为指数常数，h0为板体圆心处厚度的一半；其中，0≥x≥r0，r0为圆形内凹区的半径，m的取值范围为2～5。
12.所述螺旋形缝隙的内轮廓线线型按照公式r1＝r0+b/2+kψ1进行设计，且螺旋形缝隙的外轮廓线线型按照公式r2＝r0‑
b/2+kψ2进行设计，式中，r1为螺旋形缝隙内轮廓线上任意点到圆心的距离，r2为螺旋形缝隙外轮廓线上任意点到圆心的距离，ψ1为螺旋形缝隙内轮廓线上任意点相对于圆心所旋转的角度，ψ2为螺旋形缝隙外轮廓线上任意点相对于圆心所旋转的角度，b为径向方向上相邻两条螺旋形缝隙之间的间距，r0为螺旋形缝隙初始半径，k为螺旋常数；其中，ψ1的取值范围为0～6.25π，ψ2的取值范围为
‑
2π～6.25π。
13.本发明的有益效果：
14.本发明的螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构，与传统的隔振降噪结构相比，大幅度提升了隔振降噪结构对低频振动的隔振降噪效果，同时还实现了隔振降噪结构的减重，并且可以有效降低隔振降噪结构的局部刚度，能够对低频范围内的振动进行有效吸收和隔离。
附图说明
15.图1为本发明的一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构的示意图(视角一)；
16.图2为本发明的一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构的示意图(视角二)；
17.图3为本发明的二维声学黑洞晶胞的结构示意图；
18.图4为图3中a
‑
a剖视图；
19.图5为本发明的二维声学黑洞晶胞的噪声抑制频谱图；
20.图中，1—隔振降噪区域，2—设备安装区域，3—连接区域，4—二维声学黑洞晶胞，5—圆形内凹区，6—螺旋形缝隙。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
22.如图1～4所示，一种螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构，整体采用板式结构，分为隔振降噪区域1、设备安装区域2及连接区域3；所述连接区域3位于隔振降噪结构板体的边部，用于隔振降噪结构板体间的连接；所述设备安装区域2位于隔振降噪结构板体的中部，用于动力机械的安装；所述隔振降噪区域1位于设备安装区域2外侧，用于对动力机械产生的振动和噪声进行吸收和隔离。
23.所述隔振降噪区域1内设有若干二维声学黑洞晶胞4，若干二维声学黑洞晶胞4在隔振降噪区域1内呈矩阵式分布。
24.所述二维声学黑洞晶胞4为正方形，在二维声学黑洞晶胞4的板体前后表面均设有圆形内凹区5，且圆形内凹区5的圆心与二维声学黑洞晶胞4的中心相重合。
25.在所述圆形内凹区5所在的二维声学黑洞晶胞4上开设有螺旋形缝隙6，螺旋形缝隙6的中心与圆形内凹区5的圆心相重合。
26.在所述圆形内凹区5所在的二维声学黑洞晶胞4的板体前后表面均喷涂有阻尼层，用于提高隔振降噪结构对振动的衰减作用。
27.所述圆形内凹区5所在的二维声学黑洞晶胞4的板体厚度按照公式h(x)＝2εx
m
+2h0进行设计，式中，h(x)为板体厚度，ε为平滑常数，x为板体上任意点到圆心的距离，m为指数常数，h0为板体圆心处厚度的一半；其中，0≥x≥r0，r0为圆形内凹区5的半径，m的取值范围为2～5。
28.所述螺旋形缝隙6的内轮廓线线型按照公式r1＝r0+b/2+kψ1进行设计，且螺旋形缝隙6的外轮廓线线型按照公式r2＝r0‑
b/2+kψ2进行设计，式中，r1为螺旋形缝隙6内轮廓线上任意点到圆心的距离，r2为螺旋形缝隙6外轮廓线上任意点到圆心的距离，ψ1为螺旋形缝隙6内轮廓线上任意点相对于圆心所旋转的角度，ψ2为螺旋形缝隙6外轮廓线上任意点相对于圆心所旋转的角度，b为径向方向上相邻两条螺旋形缝隙6之间的间距，r0为螺旋形缝隙6初始半径，k为螺旋常数；其中，ψ1的取值范围为0～6.25π，ψ2的取值范围为
‑
2π～6.25π。
29.当本发明的螺旋形二维声学黑洞隔振降噪结构应用于船舶和车辆系统后，当动力机械产生振动噪声后，其传递到隔振降噪区域1的二维声学黑洞晶胞4时，由于圆形内凹区5处的二维声学黑洞晶胞4板体的厚度由周向到圆心呈逐渐减小的趋势，进而可以形成振动波的聚集效应，同时由于螺旋形缝隙6的存在，板体刚度得到进一步降低，当振动波由圆形内凹区5的周向传递到圆心的过程中，反射波得到进一步降低。此外，螺旋形缝隙6与圆形内凹区5的板体之间又可以共同构成局域共振子，在局域共振子的作用下，又可以获得振动的宽频带隙，进而对低频振动起到较大的衰减作用。最终通过二维声学黑洞晶胞4就可以对低频振源向外传播的能量进行充分有效的吸收，大幅度提升了隔振降噪效果，其噪声抑制频谱图如图5所示。
30.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。