CN108412932A - 基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器 - Google Patents

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吴斌
王鹤萤
刘秀成
李明智
肖婷
刘宗发
何存富
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/01—Vibration-dampers; Shock-absorbers using friction between loose particles, e.g. sand
    • F16F7/015—Vibration-dampers; Shock-absorbers using friction between loose particles, e.g. sand the particles being spherical, cylindrical or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，放置于冲击源和待保护结构之间，可有效衰减进入待保护结构表面的冲击能量峰值。对于由三段的均匀颗粒链组成的复合颗粒链，其对冲击能量的衰减率可通过改变轻、重质量颗粒的密度比或轻质量颗粒的数量进行调节；对于双原子颗粒链，可通过调整单个周期内两种颗粒的数量比例或密度比，改变进入待保护结构表面的冲击能量峰值。上述一维球形颗粒链可布置于冲击源和待保护结构之间的多个位置，增强结构的抗震、减震能力。

Description

基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器
技术领域
本发明涉及两种一维球形颗粒链式的缓冲器，属于智能材料设计领域。
其作用是通过不同质量的颗粒间的相互作用，使得颗粒链在受到冲击以后对冲击能量进行分解，从而达到缓解冲击的目的。
背景技术
机床底座的振动会影响工作台对零部件的加工精度，一般需采用隔震、减震结构，以减小底座振动的影响；大型建筑地基也要求具备抗震、减震结构。受冲击的一维球形颗粒链中可形成非线性孤波，且非线性孤波的传播特性(幅值、速度、频带等)均与球形颗粒链内颗粒的排列方式、颗粒材料属性参数相关。通过合理的结构和参数设计，可以使得进入颗粒链的高能量冲击波在传播经过颗粒链后，出现冲击波分解、冲击能量降低的物理现象，也即实现冲击能量的缓释。基于上述特性，本发明提供了两种基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，包括：基于三段式复合颗粒链的冲击能量缓释器以及基于双原子颗粒链的冲击能量缓释器，将这一类基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器放置在冲击源与待保护对象之间，可实现将大幅值的能量脉冲分解为低幅值的多个脉冲。
发明内容
基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，是由球径一致的颗粒构成的三段式复合颗粒链或双原子颗粒链，其中三段式复合颗粒链由两段重质量颗粒链和一段嵌于两段重质量颗粒链之间的轻质量颗粒链构成，双原子颗粒链由多个排列周期构成，每个排列周期内轻质量颗粒和重质量颗粒的数量比例及排布方式均一致；将颗粒链放置于冲击源和待保护结构之间，对于三段式复合颗粒链可通过改变颗粒链中轻、重质量颗粒的密度比或轻质量颗粒的数量；对于双原子颗粒链可通过调整单个周期内两种颗粒的数量比例或密度比，均可改变传输进入待保护结构表面的冲击能量峰值，改变能量的衰减率。
对于三段式复合颗粒链，其中，首段重质量颗粒链中重质量颗粒个数需大于5；当固定的外界冲击能量经由重质量颗粒链进入轻质量颗粒链后，部分能量将在轻质量颗粒链与重质量颗粒链的两个界面间来回反射，进入轻质颗粒链的冲击能量峰值降低；当首段重质量颗粒链与三段式复合颗粒链的长度不变时，增加轻质量颗粒与重质量颗粒的密度之间的差异，即减小轻质量颗粒与重质量颗粒的密度比β，或增加轻质量颗粒的数量X，均可增大三段式复合颗粒链对外界冲击能量的衰减率。
对于双原子颗粒链，其中，在单个排列周期内轻质量和重质量颗粒的比例固定时，排列周期的数量P越大，进入待保护结构表面的冲击能量幅值越低；在排列周期数量P固定时，单个排列周期内包含的颗粒数越大，双原子颗粒链对外界冲击能量的衰减率越大；当排列周期数量P及其单个周期内包含的颗粒数量均固定时，排列周期内轻质量颗粒数量的增加，会使得双原子颗粒链对外界冲击能量的衰减率增大。
附图说明
图1基于三段式复合颗粒链的冲击能量缓释器结构示意图
图2基于双原子颗粒链的冲击能量缓释器结构示意图
图3轻质量颗粒链中颗粒的质量对一维复合颗粒链缓冲效果的影响
图4轻质量颗粒链中颗粒的数量对一维复合颗粒链缓冲效果的影响
图5单元内粒子个数对一维双原子颗粒链缓冲效果的影响
具体实施方式
基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，是由球径一致的颗粒构成的三段式复合颗粒链或双原子颗粒链，其中三段式复合颗粒链由两段重质量颗粒链和一段嵌于两段重质量颗粒链之间的轻质量颗粒链构成，双原子颗粒链由多个排列周期构成，每个排列周期内轻质量颗粒和重质量颗粒的数量比例及排布方式均一致。
将三段式复合颗粒链或双原子颗粒链布置与冲击源和待保护结构之间的多个位置处，当冲击源产生冲击能量后，颗粒链在接收到冲击激励会在颗粒链中形成非线性孤波，而这两种颗粒链结构会对冲击能量起到分解并衰减的作用，使得颗粒链末端输出到待保护结构表面的脉冲信号均为多个低幅值脉冲信号。
对于三段式复合颗粒链，其首段重质量颗粒链中重质量颗粒个数需大于5，使得颗粒链在受到冲击激励后可在其中形成稳定的非线性孤波；当固定的外界冲击能量经由重质量颗粒链进入轻质量颗粒链后，部分能量将在轻质量颗粒链与重质量颗粒链的两个界面间来回反射，使得冲击能量被分解，进入轻质颗粒链的冲击能量峰值降低，因此当冲击能量从轻质量颗粒链传播至第三段重质量颗粒链时，脉冲信号的幅值与初始冲击脉冲幅值相比仍有明显衰减；当首段重质量颗粒链与三段式复合颗粒链的长度不变时，降低轻质量颗粒与重质量颗粒的密度比β或增加轻质量颗粒的数量X，可增大三段式复合颗粒链对外界冲击能量的衰减率(见附图3、4)。
对于双原子颗粒链，其中，在单个排列周期内轻质量和重质量颗粒的比例固定时，排列周期数量P越大，进入待保护结构表面的冲击能量幅值越低；在排列周期数量P固定时，单个排列周期内包含的颗粒数量越大，双原子颗粒链对外界冲击能量的衰减率越大；当排列周期数量P及其单个排列周期内包含的颗粒数量均固定时，排列周期内轻质量颗粒数量的增加，会使得双原子颗粒链对外界冲击能量的衰减率增大。

Claims (3)

1.基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，其特征在于：是由球径一致的颗粒构成的三段式复合颗粒链或双原子颗粒链，其中三段式复合颗粒链由两段重质量颗粒链和一段嵌于两段重质量颗粒链之间的轻质量颗粒链构成；双原子颗粒链由多个排列周期构成，每个排列周期内轻质量颗粒和重质量颗粒的数量比例及排布方式均一致；将颗粒链放置于冲击源和待保护结构之间，对于三段式复合颗粒链通过改变颗粒链中轻、重质量颗粒的密度比或轻质量颗粒的数量；对于双原子颗粒链通过调整单个周期内两种颗粒的数量比例或密度比，均能改变传输进入待保护结构表面的冲击能量峰值，改变能量的衰减率。
2.根据权利要求1所述的基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，其特征在于：三段式复合颗粒链，首段重质量颗粒链中重质量颗粒个数需大于5；当固定的外界冲击能量经由重质量颗粒链进入轻质量颗粒链后，部分能量将在轻质量颗粒链与重质量颗粒链的两个界面间来回反射，进入轻质颗粒链的冲击能量峰值降低；当首段重质量颗粒链与三段式复合颗粒链的长度不变时，增加轻质量颗粒与重质量颗粒的密度之间的差异，即减小轻质量颗粒与重质量颗粒的密度比β，或增加轻质量颗粒的数量X，均增大三段式复合颗粒链对外界冲击能量的衰减率。
3.根据权利要求1所述的基于一维球形颗粒链的冲击能量缓释器，其特征在于：双原子颗粒链，在单个排列周期内轻质量和重质量颗粒的比例固定时，排列周期的数量P越大，进入待保护结构表面的冲击能量幅值越低；在排列周期数量P固定时，单个排列周期内包含的颗粒数量越大，双原子颗粒链对外界冲击能量的衰减率越大；当排列周期数量P及其单个排列周期内包含的颗粒数量均固定时，排列周期内轻质量颗粒数量的增加，会使得双原子颗粒链对外界冲击能量的衰减率增大。
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