[發(fā)明專利]一種自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910326688.5
• 申請(qǐng)日: 2019-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN110077046B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李暉;王寅暉;李則霖;劉洋;王文煜;王東升;聞邦椿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B9/00
• 分類號(hào): B32B9/00;B32B9/04;B32B17/02;B32B17/06;B32B27/34;B32B27/02;B32B27/06;B32B3/28;B32B27/00;B32B37/10;B32B37/12;F16F6/00;H02J7/32;H02N2/18
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

1.一種自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：設(shè)有外圓柱殼、內(nèi)圓柱殼，在外圓柱殼與內(nèi)圓柱殼之間設(shè)有復(fù)合材料波紋夾層，所述復(fù)合材料波紋夾層為由多個(gè)梯形折線所組成的環(huán)狀，梯形折線的上底膠粘在內(nèi)圓柱殼的外圓上，梯形折線的下底膠粘在外圓柱殼的內(nèi)圓上；梯形折線的上底和/或下底均沿內(nèi)圓柱殼的軸向設(shè)置磁流變阻尼材料單元，所述磁流變阻尼材料單元與復(fù)合材料波紋夾層復(fù)合為一體；

在內(nèi)圓柱殼圓周中埋入多個(gè)自供電單元；在外圓柱殼中埋入MEMS振動(dòng)傳感器和集成邏輯電路，MEMS傳感器在外圓柱殼材料中呈圓周對(duì)稱排列，

所述自供電單元與集成邏輯電路的供電端連接，集成邏輯電路的輸入端與MEMS傳感器連接，MEMS傳感器的控制端與磁流變阻尼材料單元連接；

內(nèi)圓柱殼采集振動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行存儲(chǔ)；外圓柱殼通過埋入的MEMS振動(dòng)傳感器和集成邏輯電路感知并檢測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的強(qiáng)弱；波紋夾層梯形斜面可用于吸收沖擊力、提高剛性且作支撐結(jié)構(gòu)；磁流變阻尼材料單元發(fā)揮阻尼緩沖作用，最終實(shí)現(xiàn)整體復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)阻尼性能的自調(diào)節(jié)無級(jí)主動(dòng)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：所述的自供電單元為層狀結(jié)構(gòu)，包括壓電陶瓷柔性層、碳納米管薄膜層，這兩層作為一組，其中壓電陶瓷層的導(dǎo)線接頭連接至碳納米管的導(dǎo)線接頭，每層之間填充絕緣塑料薄膜，構(gòu)成自供電單元。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：所述的MEMS振動(dòng)傳感器選用ADI公司的ADXL001或者M(jìn)MA9559L型三軸加速度振動(dòng)傳感器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：所述的集成邏輯電路采用型號(hào)為MSP430F435單片機(jī)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：所述磁流變阻尼材料單元包括密封管，所述密封管內(nèi)設(shè)有磁流變液，在密封管的圓周外側(cè)還設(shè)有線圈，硬支撐管套接在設(shè)有線圈的密封管上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：每個(gè)所述的下底設(shè)有X個(gè)磁流變阻尼材料單元，每個(gè)所述的上底設(shè)有Y個(gè)磁流變阻尼材料單元,且X的數(shù)量要大于Y的數(shù)量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼，其特征在于：所述復(fù)合材料波紋夾層根據(jù)不同的使用要求選用不同的材料作為波紋夾層。

8.一種制備自供電且振動(dòng)感知的磁流變夾層波紋圓柱殼的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：制備磁流變阻尼材料單元，將磁流變液注入塑料中壓成封閉管；然后在封閉管外纏繞銅線圈以提供大小可控的電磁場(chǎng)，線圈兩端盡頭各引出一根；最后在外層套上一根帶有內(nèi)涂覆絕緣層的鋁合金支撐管以發(fā)揮防護(hù)及屏蔽作用，從而制成了電磁場(chǎng)大小可控的磁流變阻尼材料單元，并且將磁流變阻尼材料單元以標(biāo)準(zhǔn)件制備；

步驟2：制備自供電單元，按照壓電陶瓷薄膜，絕緣塑料薄膜，碳納米管薄膜層依次鋪設(shè)，并且壓電陶瓷的薄膜的導(dǎo)線連至碳納米管薄膜，壓實(shí)，然后再在外邊包裹一層絕緣塑料薄膜，僅露出兩根導(dǎo)線，得到自供電單元；

步驟3：制備埋入自供電單元的內(nèi)圓柱殼，將模具預(yù)熱至60℃，在模具上涂抹脫模劑，鋪設(shè)碳纖維材料預(yù)浸料，將自供電單元置于多層預(yù)浸料中央位置，自供電單元呈圓周排列，僅露出兩根導(dǎo)線，合上模具外殼并擰緊螺栓，放入熱壓罐中100℃保溫150分鐘后取出，得到已埋入自供電單元的內(nèi)圓柱殼；

步驟4：制備埋入MEMS振動(dòng)傳感器和集成邏輯電路的外圓柱殼，將模具預(yù)熱至60℃，在模具上涂抹脫模劑，鋪設(shè)碳纖維材料預(yù)浸料，將MEMS振動(dòng)傳感器端口與已經(jīng)編程的集成邏輯電路端口相連接并且置于多層預(yù)浸料中央位置，位于圓柱殼厚度中心，將集成邏輯電路置于多層預(yù)浸料的中央位置，靠近圓柱殼上端，僅在上端露出四根導(dǎo)線，分別是輸入端口和輸出端口，合上模具外殼并擰緊螺栓，放入熱壓罐中100℃保溫150分鐘后取出，得到已埋入MEMS振動(dòng)傳感器和集成邏輯電路的外圓柱殼；

步驟5：制作填充磁流變阻尼材料單元的復(fù)合材料波紋夾層，將模具預(yù)熱至60℃，在波紋夾層模具的模具中柱上先安裝好內(nèi)側(cè)條，涂上脫模劑，鋪設(shè)復(fù)合材料預(yù)浸料，在內(nèi)側(cè)條的上端部和下端部及外側(cè)條的中空部的處埋入上述步驟制作好的磁流變阻尼材料單元，再鋪設(shè)復(fù)合材料預(yù)浸料，所述的預(yù)浸料將填充磁流變阻尼材料單元包裹在中心位置，用螺栓固定，安裝好，再安裝外側(cè)條，外側(cè)條用螺栓固定，最后兩個(gè)安裝外殼將包括內(nèi)側(cè)條、外側(cè)條的模具中柱合夾在一起，用夾緊螺栓螺接在安裝外殼上的吊耳上；

步驟6：將安裝好的波紋夾層模具放入熱壓罐中，用100℃加熱150分鐘后，隨爐冷卻至室溫后將模具拆開，拆開外殼，拆開外側(cè)條，由于步驟5模具上涂抹了脫模劑，輕敲便可脫模，得到已填充磁流變阻尼材料單元的復(fù)合材料波紋夾層；

步驟7：將每個(gè)磁流變阻尼材料單元的上下端導(dǎo)線分別通過導(dǎo)電銅線并聯(lián)焊接起來匯聚成一根總成，即，正極一根，負(fù)極一根；

步驟8：將外圓柱殼、內(nèi)圓柱殼與復(fù)合材料波紋夾層膠粘在一起，將內(nèi)圓柱殼里的若干個(gè)自供電單元露出的正極和負(fù)極分別用銅線焊接在一起，將此自供電單元導(dǎo)線與外圓柱殼中的邏輯電路供電端連接，將邏輯電路的控制端與波紋夾層中的填充磁流變阻尼材料單元導(dǎo)線總成連接。