本技术属于减震，具体涉及在大范围低频段阻隔震动但同时具有高承载能力的结构器件。
背景技术：
1、隔震基座是一种用于降低震动的装置，通常安装在工业设备、电子设备、建筑物等的底部或者底部与地面之间，可以在机器运行时减少振动和噪音的传递，保护机器和附属设备的稳定性和寿命。减震技术的重要性在于它可以有效的减少震动对设备和环境的影响。一些特殊用途的机器和设备如精密仪器、实验室设备、重型机械等需要更高的减震效果和特制的隔震基座。隔震基座的设计通常考虑到多个因素，如机器设备的重量、工作频率、振幅和噪音级等，其中减震器的选择是关键。
2、(a)现有技术
3、目前广泛使用的减震器包括弹簧减震器、气压减震器、液压减震器和橡胶垫减震器等。这些减震器的工作原理都等效于如图1所示的弹簧减震器。
4、考虑图1中的质量为m的设备101以振动幅度a、圆频率ω震动，通过力常数为k的弹簧102与地面103连接。若设备101直接放在地面103上，则机器对地面的力为f0＝maω2。如果在机器101与地面103之间安上弹簧102，则通过简单力学计算，可得地面受到的力为其中f0为系统的自然频率或固有频率。由此定义振动传递系数为
5、
6、具代表性的传递系数在图2中展示。由图可见，传递系数在驱动频率f与系统的自然频率f0相等时达到最大，设备的震动被剧烈放大，严重影响周围环境和其他设备。传递系数曲线201的自然频率比传递系数曲线202低。在任何一个高于它们的自然频率的驱动频率，传递系数曲线201都要比传递系数曲线202更低。另外，由于现实中的弹簧本身具有一定的质量，实际系统的传递系数如曲线203所示。在大部分频率段其传递系数的数值比质量可忽略不计的理想弹簧高出许多，使基座的实际隔震效果严重偏离设计，大幅增加设计的困难。在实际应用中，要根据设备的重量选择弹簧的力常数或硬度，因此需要很多不同规格的弹簧，才能使系统的自然频率远低于实际振动频率。
7、若系统的自然频率为则在地球表面重力场g＝9.8m/s2的作用下，弹簧被载荷压缩而下沉的距离为由此可得，系统自然频率f0＝1hz时弹簧的下沉为25厘米，f0＝10hz时弹簧的下沉为0.25厘米。自然频率(隔震工作频率)越低下沉越严重。
8、(b)超材料隔震基座
9、现有技术减震产品的效能取决于核心材料的性能。不幸的是，各种核心材料的减震机制都遵循同一物理定律，产品机能高度一致，在每个频率范围的效能都受制于被物理原理锁定、用任何核心材料都无法超越的上限。
10、科技进步在人类发展史上起着决定性的推动作用，而科技发展往往以新材料的发现和广泛应用为标志。从古代的陶器时代、青铜器时代、铁器时代，到以半导体材料和许许多多高新材料为基础的当今时代，都与材料的进步发展息息相关。材料的性质主要由其化学组分和制造过程决定,但它们的性能、功能还远远不能满足人类的需求和对自然的好奇心。因此，20多年前人类另辟途径，开始了卓有成效的超材料研究。超材料利用结构设计实现功能飞跃，并大幅降低对材料种类和性能的依赖，是先进材料领域重要分支。
11、质量是物理学中最熟悉的概念之一，在经典力学中起着尤其重要的作用，即f＝ma，其中f是作用在质量为m的物体上的合力，a是物体的加速度。m是量化物体惯性的质量。几个世纪以来，人们理所当然地认为引力质量等同于惯性质量。然而，即使是我们的日常经历也可能与这种简单的共识大相径庭。半瓶水的晃动具有明显的惯性效应，因为它会让人感到瓶子的质量有时轻，有时重。如果我们不知这个容器的内部结构，那么它的惯性质量一定会偏离静态的重量读数，成为一个与外驱动力相关的动态量。最近对超材料中振动波传播的研究表明，这种“动态惯性质量”会产生重要的后果。
12、为了说明这一点，让我们首先考虑图3a中一个简单但具启发式的无耗散一维质量块-弹簧-刚性盒模型。一个质量为m1的刚性盒子301里面装有一条力常数为k的弹簧302和质量为m2的质量块303。弹簧302的一端与质量块303相连，另一端锚定在刚性盒子301上。通过简单的力学分析可得驱动力f与刚性盒子301的加速度a1的关系为
13、
14、为了方便起见，我们定义整个质量块-弹簧-刚性盒系统的有效惯性质量为
15、
16、很明显，作为驱动频率ω的函数在达到极大。从这个简单的例子中我们可以清楚地看到，当系统的动力学特性涉及内部组件之间的相互运动时，其惯性质量可能与引力质量有很大不同。的特性完全取决于内部“隐藏物体”(图3中的弹簧302和质量块303)的动力学特性。利用有效质量这个概念，我们可以方便地理解和描述内部包含弹性结构的刚性外壳盒子系统(‘黑盒’)对力的传递效果。当‘黑盒’的有效质量达到极大时，‘黑盒’的加速度达到极小，‘黑盒’可以有效地阻隔‘黑盒’左边驱动力对‘黑盒’右边物体的作用。这就是声学超材料隔震基座的基本工作原理。从这个例子可见，基座的外壳是刚性的。它的隔震效果完全取决于它内部的弹簧振子结构，也就是说它内部含有局域共振结构。
17、若刚性盒子的质量可忽略，则传递系数可表达为
18、
19、此公式与公式-1形式相同，其中f是驱动频率，f0为‘黑盒’系统的自然频率或固有频率，但只与它的内部结构有关，‘黑盒’的外部完全刚性，解决了低频消震基座刚度不够，以及传递系数随承载设备的重量而显著改变的缺点。
20、图3b显示了一款局域共振结构为基本单元的声学超材料(参考文献-1，science,289(5485):1734-1736(2000))。这种声学超材料是一种等价于一个弹簧振子的三组份复合材料，其中刚性重金属球304是质量块，外包裹着柔软的硅胶层305等价于弹簧，然后将这些裹着涂层的质量块嵌入环氧树脂的刚性背景材料306中，构成局域共振结构，其动力学性能等价于质量块304通过弹簧305锚定在刚性黑盒的外壳306上。这种结构能够阻绝各种激发源的振动波。若振动波是由入射声波所激发，则局域共振结构可在其共振频率附近的频段以打破质量密度定律的效率阻隔声波(参考文献-1)。若振动波是被某物体的振动所激发，这种结构可用作该物体的隔震基座，具有刚性外体但又能有效阻绝该物体激发的振动波通过基座传向各处。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是提供一种弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
3、一种弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其特征是，包括一个多面体，体内包含的骨架结构连接多面体的两个以上表面；多面体内不被骨架占据的空间由柔软弹性物质填充，且所述柔软弹性物质突出于所述多面体的外表面；柔软弹性物质的外表面边界构成高承载隔震超材料多面体；
4、所述骨架由杨氏模量在同一数量级的条状或片状金属或碳纤维或人造树脂或玻璃纤维构成；
5、所述骨架的数量和空间分布能够保证所述多面体至少有两个表面具有承载与所述多面体的面尺度相若的重物的能力；
6、所述骨架的总体积不超过所述多面体体积的30％；
7、所述多面体内部的所述柔软弹性物质为杨氏模量比所述骨架材料低3至4个数量级的硅胶、橡胶；
8、所述多面体两个用来承载重物的相互平行的平面被平坦盖板覆盖；
9、所述平坦盖板由杨氏模量在同一数量级的金属或碳纤维或人造树脂或玻璃纤维构成。
10、优选地，所述多面体的各个本征振动频率由所述骨架结构和质量块的几何尺度、质量密度、弹性特性和空间位置确定。
11、优选地，所述多面体的一个受外力接触激发的表面的振动幅度大于其余没有外力接触的面。
12、优选地，所述外力的频率大于所述高承载隔震超材料多面体的最低本征态振动频率。
13、优选地，柔软弹性物质内部有一个或若干个或许多个实质刚性的质量块。
14、优选地，所述多面体的各个本征振动频率由所述骨架结构和质量块的几何尺度、质量密度、弹性特性、空间位置确定。
15、优选地，所述多面体的一个受外力接触激发的表面的振动幅度大于其余没有外力接触的面。
16、优选地，所述外力的频率大于所述高承载隔震超材料多面体的最低本征态振动频率。
17、本实用新型阐述的超材料隔震基座，外体几乎刚性，最大承载每平米可达数吨，最大下沉压缩量不超过三毫米，并且与隔震工作频率无关。其内部包含众多振动单元结构和刚性支撑结构。刚性支撑结构使基座具有高度的刚性。在这些振动单元的固有共振频率段，基座具有高效的隔震效能。振动结构和刚性支撑结构的结合，构成几乎刚性的、隔震特性与承载量不显著相关的、低频高效宽频的隔震基座。
1.一种弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其特征是，包括一个多面体，体内包含的骨架结构连接多面体的两个以上表面；多面体内不被骨架占据的空间由柔软弹性物质填充，且所述柔软弹性物质突出于所述多面体的外表面；柔软弹性物质的外表面边界构成高承载隔震超材料多面体；
2.根据权利要求1所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其中：
3.根据权利要求1或2所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其特征是：
4.根据权利要求3所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其特征是：
5.根据权利要求1所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其特征是，柔软弹性物质内部有一个或若干个或许多个实质刚性的质量块。
6.根据权利要求5所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其中：
7.根据权利要求5或6所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其中：
8.根据权利要求7所述的弹性超材料高效宽频高承载隔震基座，其中：
