本发明涉及桥梁防撞装置领域，具体是一种基于声子晶体的柔性防撞装置。
背景技术：
1、随着水路交通运输需求的急剧增加，跨海跨河桥梁和船舶的数量也在大规模增加。与地震、台风、洪水等其他自然灾害相比，船桥碰撞事故发生的频率逐年增高。船撞桥事故时的发生，造成桥梁和船只的损毁，带来巨大的经济损失和人员伤亡，因而在桥墩位置安装防护装置显得尤为重要。
2、声子晶体是一种人工周期性结构材料，其特性类似于晶体中的光子或电子行为，能够在特定频率范围内产生声波禁带，从而实现声波的隔离、传播和调控。声子晶体具有频率可设计、针对性强、尺寸小、效果好等优点，在航空航天、国防军工等领域中脆弱敏感部件的减振隔振、隔声降噪等方面有着广泛的应用。近年来，随着声子晶体研究的深入，其在民用领域的应用潜力也逐渐被发掘。
3、目前，柔性防撞装置主要采用复合材料、吸能材料等技术手段，通过材料的柔性和吸能性来减小船舶对桥梁的冲击力。然而，这些装置在实际应用中仍存在一些问题，如吸能效果不佳、结构复杂、维护困难。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于声子晶体的柔性防撞装置，以解决现有桥梁防撞装置由于吸能效果不佳、结构复杂、维护困难、耐撞性差，导致难以有效的保护桥墩受到船舶撞击的问题。
2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种基于声子晶体的柔性防撞装置，包括第一声子晶体筒、第二声子晶体筒、橡胶筒，其中第一声子晶体筒套装于防撞目标物，第二声子晶体筒环套于第一声子晶体筒外，第二声子晶体筒周向内壁通过若干钢丝绳线圈与第一声子晶体筒周向外壁连接，并且各个钢丝绳线圈呈等间距环绕于第一声子晶体筒，所述橡胶筒套装于第二声子晶体筒周向外壁，并且橡胶筒周向内壁与第二声子晶体筒周向外壁相互贴合连接。
4、进一步的，所述橡胶筒周向内壁与第二声子晶体筒周向外壁通过胶粘合方式相互贴合连接，并通过螺栓和铜质压片加强固定。
5、进一步的，各个钢丝绳线圈保持横向、竖向在一条水平线。
6、进一步的，各个钢丝绳线圈的布置遵循横向间隔45°，竖向间隔20cm，并确保各个钢丝绳线圈在横向保持同一水平面，纵向保持在一条直线上。
7、进一步的，第一声子晶体筒、第二声子晶体筒结构相同，均包括钢圆柱芯体、硅橡胶包覆层、环氧树脂连接层、功能梯度材料外壳，其中硅橡胶包覆层包覆于钢圆柱芯体的周向外壁，硅橡胶包覆层外环套有环氧树脂，并且硅橡胶包覆层通过若干环氧树脂连接板连接功能梯度材料外壳，所述功能梯度材料外壳环套于环氧树脂周向外壁。
8、进一步的，所述硅橡胶包覆层直径大于钢圆柱芯体。
9、本发明安装在桥梁上的防撞目标物如桥墩等，当船体朝向桥梁驶来时，会首先撞击到本发明防撞装置的橡胶筒，撞击初期，橡胶筒能够提供滑动机会，使得撞击力上升斜率很小，从而减小冲击功。这种滑动机会有助于船舶在撞击过程中沿防撞装置外侧滑走，降低了船-桥撞击过程中的能量交换。然后能量传递到声子晶体筒，由于声子晶体能够在特定频率范围内产生弹性波禁带，当船舶撞击桥梁时，撞击产生的弹性波将被声子晶体有效隔离和吸收，从而减小船舶对桥梁的冲击力。然后撞击力传到钢丝绳线圈，此时防撞装置中的所有钢丝绳线圈将共同承受力。可将船舶碰撞的集中力转化为分散力，可显著降低船舶碰撞力，提高装置的防碰撞效率。当船舶撞击本发明柔性防撞装置时，船舶可推动防撞装置产生整体位移。在碰撞初期，钢丝绳线圈产生的反作用力较小。钢丝绳线圈被压平一段时间后，运动后期反作用力逐渐增大。这个过程可以让船舶有足够的时间和空间在较低的反作用力下改变其运动方向。同时，由于本发明柔性防撞装置上有声子晶体，当船舶撞击该防撞装置时，声子晶体筒吸收和分散船舶撞击产生的能量，从而减轻对桥梁结构的冲击，船舶将受到偏离原方向的向外分力，导致船舶移动，远离桥墩。
10、本发明柔性防撞装置不仅可以保护桥梁，还可以减少对船舶的冲击损坏。因此该装置既可以对船体的能量进行消耗， 同时也不会对船体造成大的损伤。
11、与现有技术相比，本发明优点为：
12、1、本发明将声子晶体应用于桥梁防船撞装置中，可以在船舶撞击桥梁时产生的声波范围内形成禁带，有效隔离和吸收撞击产生的声波能量，从而减小船舶对桥梁的冲击力。这种声波隔离与吸能的能力可以显著提高桥梁的防撞性能，极大延长了桥梁使用寿命。
13、2、相对于传统桥梁防船撞装置，本发明在防撞筒中间加了钢丝绳线圈，可以在船舶撞击时将集中力转变为分散力，可显着降低船舶碰撞力，提高装置的防碰撞效率。同时也可以延长碰撞时间，改变船舶方向，使船舶远离桥墩。
14、3、橡胶筒与声子晶体筒之间通过胶粘合进行连接可以有效减小应力集中。同时橡胶的弹性变形使得撞击过程中的冲击变形时间延长。船舶对防撞装置的瞬时冲击作用被削弱，降低了撞击的峰值力，进一步保护了船舶和防撞装置的安全。
15、4、本发明结构简便，连接稳固，同时由于该装置是柔性的，因此可以达到船舶-防船撞装置-桥墩三不坏的效果。
1.一种基于声子晶体的柔性防撞装置，其特征在于，包括第一声子晶体筒、第二声子晶体筒、橡胶筒，其中第一声子晶体筒套装于防撞目标物，第二声子晶体筒环套于第一声子晶体筒外，第二声子晶体筒周向内壁通过若干钢丝绳线圈与第一声子晶体筒周向外壁连接，并且各个钢丝绳线圈呈等间距环绕于第一声子晶体筒，所述橡胶筒套装于第二声子晶体筒周向外壁，并且橡胶筒周向内壁与第二声子晶体筒周向外壁相互贴合连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体的柔性防撞装置，其特征在于，所述橡胶筒周向内壁与第二声子晶体筒周向外壁通过胶粘合方式相互贴合连接，并通过螺栓和铜质压片加强固定。
3.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体的柔性防撞装置，其特征在于，各个钢丝绳线圈保持横向、竖向在一条水平线。
4.根据权利要求2所述的一种基于声子晶体的柔性防撞装置，其特征在于，各个钢丝绳线圈的布置遵循横向间隔45°，竖向间隔20cm，并确保各个钢丝绳线圈在横向保持同一水平面，纵向保持在一条直线上。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种基于声子晶体的柔性防撞装置，其特征在于，第一声子晶体筒、第二声子晶体筒结构相同，均包括钢圆柱芯体、硅橡胶包覆层、环氧树脂连接层、功能梯度材料外壳，其中硅橡胶包覆层包覆于钢圆柱芯体的周向外壁，硅橡胶包覆层外环套有环氧树脂，并且硅橡胶包覆层通过若干环氧树脂连接板连接功能梯度材料外壳，所述功能梯度材料外壳环套于环氧树脂周向外壁。
6.根据权利要求5所述的一种基于声子晶体的柔性防撞装置，其特征在于，所述硅橡胶包覆层直径大于钢圆柱芯体。
