旋转单元型打孔超结构设计及减振性能研究

针对高速列车地板减振需求,设计了一类具有旋转单元特征的打孔弹性超结构,包括交错矩形孔四边形单元、十字矩形孔四边形单元、多边形孔三角形单元。利用Bloch理论和数值分析方法研究了元胞的带隙形成机理和参数对带隙的调控规律,探究打孔弹性超结构的低频和宽带减振应用可行性。接着,根据超结构元胞带隙分析结果建立了交错矩形孔四边形单元、十字矩形孔四边形单元、转角45°内凹多边形孔三角形单元超结构3种3D块状有限周期超结构,分析评估并改进减振块的承载性能,计算其振动传输响应。结合减振特性数值分析结果,确定最优减振块几何拓扑构型,并通过3D打印制备超结构样件,进行振动试验测试。结果表明:使用TPU(thermoplastic urethane)材料时,提出的超结构减振块均满足承载和强度要求;其中,多边形孔三角形单元超结构为最优构型,其在0~5000 Hz频率内衰减范围占比达66.9%。通过振动试验发现,相比于现有动车组减振器,多边形孔三角形单元超结构的衰减范围频率更宽,衰减幅值更大在-15 dB以上,减振效果更优,具有列车地板潜在的应用前景。