[發明專利]一種基于激光選區熔化成形輕量化外加弧態阻尼梁式被動減隔振晶格結構

在審

• 申請號: 202210551725.4
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115467923A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 張冬云;張龍;張泰;劉智遠;黃浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F16F7/00
• 分類號: F16F7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明涉及一種基于激光選區熔化成形輕量化外加弧態阻尼梁式被動減隔振晶格結構。每個晶格胞元包括四個體心立方的直桿件和36個弧態阻尼梁桿件，每個弧態阻尼梁桿件在立方體斜對角面內放置，兩端與體心立方的直桿件相連接。最外層弧態阻尼梁桿件的外徑端點位于體心立方的直桿件的四分之一點處,且外徑與立方體表面相切；中層弧態阻尼梁的兩端與外層弧態阻尼梁相接，其內徑與體心立方的直桿件表面相切；內層弧態梁的外徑經過中層弧態梁的中心線，兩端位于體心立方的直桿件的十六分點處。該結構的弧態阻尼梁可以通過形變來減少振動的傳遞,結點處的形變和阻尼梁的形變可以吸收振動的機械能量，具有良好的減隔振性能。

技術領域

本發明涉及工程減隔振技術領域，特別是涉及一種基于激光選區熔化成形輕量化外加阻尼梁式被動減隔振晶格結構。

背景技術

如今航天工業的發展已經對材料的輕量化和減隔振性能提出了更加急迫的要求。晶格結構由于其高比剛度、高比強度、相對密度小等優異特性是目前在各領域中采用非常廣泛的一種十分有效的輕量化解決設計。據測算，若航天器的構件采用晶格結構夾心材料，航天器將在力學性能不變的情況下減重到原本的一半。應用晶格結構還會在吸能減振方面得到大幅度的提高。航天器在高速運行時會產生大量的振動噪聲，這可能會造成航天器內部構件的斷裂失效、精密儀器指標漂移、航天員身體的損傷。減少振動擾動的方案主要有以下幾種：一是減少振動源的能量輸出，例如優化航空發動機的設計減少運行時產生的振動；二是在振動的傳遞的過程中進行抑制，如利用局部剛度改動和局部阻尼優化等方式；三是利用減隔振裝置為振動敏感設備減少振動激勵。

SLM激光選區熔化技術作為一種逐層鋪粉層層輻照成形的新型制造方式，可以定制化成形任意復雜的晶格結構，這為設計并成形高減隔振性能輕量化晶格結構提供了可能。但目前對晶格結構的減隔振性能的研究還處于初步階段，還未提出有效的晶格減隔振設計，現有的設計有的不適合金屬材料進行 SLM激光選區熔化成形；有的設計還在沿用由體心立方的直桿件構成的桁架結構設計，這種結構在受到激勵時應力集中在桿件連接點，高應力集中極易造成陣列結構在桿件連接點處提前剪切失效；有的設計采用質量諧振器原理，這種設計相對密度較大，無法滿足航天工業對輕量化的需求。

發明內容

為了克服背景技術中所敘述的問題，本發明提出了一種新型外加阻尼梁的晶格結構設計(圖7)。

本發明的目的在于提供一種可以周期性陣列的晶格結構，利用阻尼產生的基本理論，設計出輕量化且具有較好力學性能和減隔振性能的周期性結構。

本發明采用的技術方案如下：

一種外加阻尼梁的晶格結構，由多個胞元陣列形成，陣列方式為晶格胞元在笛卡爾直角空間坐標系中周期排布，晶格胞元之間實體連接，晶格為中心對稱結構，由四個直桿桿件，和三層弧狀共計36個阻尼梁組成。

四個直桿桿件交叉放置形成一個正立方體內的體心立方結構，在每個立方體對角面內放置弧形阻尼梁，最外層阻尼梁的外徑剛好于立方體表面相切，阻尼梁的兩端與體心立方的直桿件相連接；中層阻尼梁內徑與體心立方的直桿件相切與最外層阻尼梁內徑相接，兩端與體心立方的直桿件相連接；內層阻尼梁與中層阻尼梁相交，其外徑與中層阻尼梁中心線交與一點，兩端與體心立方的直桿件相連接于直桿件的十六分點處。

更優的，體心立方的直桿件的橫截面半徑可調。

更優的，晶格胞元尺寸可調。

更優的，弧態阻尼梁的橫截面可選用橢圓形和多邊形。

更優的，改變弧態阻尼梁和體心立方的直桿件的相對位置。

更優的，弧態阻尼梁的橫截面半徑和中心線半徑可調，可改變結構的剛度和阻尼比。

更優的，添加或減少阻尼梁的數量，可改變結構的剛度和阻尼比。

更優的，體心立方的直桿件的橫截面積由體心立方的直桿件中心向兩端逐漸改變