基于耳蜗基底膜仿生的低频宽带抑振超结构设计研究

随着工业技术的不断发展,如何有效地控制振动成为工程上的一个重要问题。传统的隔振材料对低频振动的阻隔能力较弱,一些抑振措施如施加吸振器只在其固有频率附近很窄的频率范围内才有效果。而耳蜗可以感受到的声音频率范围很宽(20 Hz~20000 Hz),其识别不同声音的主要结构为耳蜗基底膜,其为螺旋状薄膜结构,具有“底端窄且厚,顶端宽且薄”的结构特征,并由此形成对入射声波/弹性波的宽频响应机制而耗散能量,为宽频抑振提供了新的思路。通过对耳蜗基底膜的建模仿真,表明其低阶模态振幅最大处发生在基底膜顶端,而随着模态频率的增加,会逐渐往基底膜底端偏移。当基底膜某段被截取时,此段上的模态分布规律相对基底膜整体结构模态分布具有自相似性。为推向工程应用,使用常用材料铝制成具有耳蜗基底膜结构特征的铝基底板仿生结构,其动态特性与耳蜗基底膜一致,但模态频率大幅度提高。进一步,通过适当降低约束刚度,在保证铝基底板模态分布规律的前提下,可使其频率下降至工程可用范围。同时,铝基底板各阶模态频率间隔有规律可循。据此,将多条铝基底板截断组合,使其频抑带隙对接后形成宽带抑振结构,适用于工程上的减振范围要求。