CN108639242A - 基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置及制造方法，所述装置包括上端隔振器(1)、浮筏筏体上面板(2)、负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)、浮筏筏体下面板(4)、下端隔振器(5)。机械设备通过上端隔振器(1)与该浮筏装置连接，安装于基础的基座通过下端隔振器(5)与该浮筏装置连接。本发明选取负泊松比效应筏体、采用多层蜂窝结构组合式设计，构建了隔振浮筏装置。该装置具有自身质量低、隔振效率高、使用成本低的优势，克服了传统浮筏装置适用频率范围窄的问题。装置参数良好的可调节性也使其具有多样的适用环境，为未来的应用提供了更多的可能，极大地拓展了负泊松比效应在隔振工程领域的运用。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔振系统，具体地，涉及一种基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置及制造方法。尤其涉及一种孔洞式负泊松比效应蜂窝隔振降噪浮筏装置及制造方法。
背景技术
船舶内部设备往往会在运行过程中产生不可避免的非必要振动。此类振动现象不仅会对设备及船舶性能及寿命产生不利影响，还会产生噪声、降低船内舒适度，对长期驻扎船上人员的健康造成危害。因此，对舰船设备非必要振动的控制隔离是舰船工程的重要课题。
目前主要采用安装隔振装置的方法控制船体内部的机械振动。隔振装置通常分为单层隔振系统、弹性基座、双层隔振系统、浮筏隔振系统等。其中浮筏隔振系统是隔振效果最佳且中间质量消耗最少的装置，由两层减振器和一个中间质量筏体所组成。目前常规的钢制浮筏技术，可达到总体30dB～50dB左右的降噪减振效果。随着舰艇性能及隐身要求的提高，舰船使用者希望进一步提高浮筏系统的性能效果，即增加有效减振频率范围、减小中间筏体质量，传统的钢制浮筏已较难满足这一需求。
经检索，发现如下相关中国专利文献。
专利文献A：新型船舶浮筏隔振装置，申请号201720269791.7，公开号206841695U。
该专利文献针对船舶系统，利用主、辅隔振器配合弹簧、万向节组成浮筏隔振装置，实现振动控制。该技术由于结构复杂、包含零件数目多，存在着浮筏质量大、占用空间多、安装不便和稳定性不足的问题；除此之外，多层浮筏隔振系统属于被动式隔振，对于低频段的振动控制效果不佳。
专利文献B：船用机械设备弹性基础浮筏隔振系统，申请号201210129348.1，公开号102644694A。
该专利文献针对船舶系统，采用钢质结构，通过两层隔振器的隔振作用，同时利用筏体与机组振动时的相互耦合，实现船用机械设备对于振动控制的要求。虽然钢制浮筏具有对于船舶设备的强承载能力，但随之而来的质量过大的问题限制了该技术的进一步发展与应用；同时，由于浮筏筏体上表面未被机械设备充分占用，该技术也存在着空间利用率不足的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置及制造方法。
根据本发明提供的一种基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，包括上端隔振器、浮筏筏体上面板、负泊松比效应蜂窝芯层筏体、浮筏筏体下面板、下端隔振器；
所述浮筏筏体下面板连接下端隔振器且位于下端隔振器的上方；
所述负泊松比效应蜂窝芯层筏体的底面贴合连接浮筏筏体下面板；
所述负泊松比效应蜂窝芯层筏体的顶面贴合连接浮筏筏体上面板；
所述上端隔振器连接浮筏筏体上面板且位于浮筏筏体上面板的上方。
优选地，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层的的顶面、底面分别与浮筏筏体上面板、浮筏筏体下面板通过第一方式连接构成整体承力部件；
所述第一方式是真空焊接和/或局部铸造后焊接。
优选地，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层的蜂窝芯胞元泊松比为负值。
优选地，所述浮筏筏体上面板与浮筏筏体下面板为孔洞型面板。
优选地，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层是由局部铸造后焊接的方式制造得到的。
优选地，所述上端隔振器能够通过连接件与机械设备连接，下端隔振器能够通过连接件与基座连接。
优选地，浮筏筏体上面板、负泊松比效应蜂窝芯层筏体、浮筏筏体下面板之间，采用真空钎焊的方式连接；
所述真空钎焊的方式包括如下步骤：
对负泊松比效应蜂窝芯层筏体的蜂窝芯结构纵深方向上的前端面、后端面处进行点焊以实现蜂窝芯结构的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝芯结构放入真空炉中，在真空环境下进行焊接操作，将蜂窝芯结构连接为蜂窝结构；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体下面板接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体下面板放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板的连接；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体上面板接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体上面板放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板的连接。
根据本发明提供的一种蜂窝隔振浮筏装置的的制造方法，在浮筏筏体上面板、负泊松比效应蜂窝芯层筏体、浮筏筏体下面板之间，采用真空钎焊的方式进行连接；
所述真空钎焊的方式包括如下步骤：
对负泊松比效应蜂窝芯层筏体的蜂窝芯结构纵深方向上的前端面、后端面处进行点焊以实现蜂窝芯结构的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝芯结构放入真空炉中，在真空环境下进行焊接操作，将蜂窝芯结构连接为蜂窝结构；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体下面板接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体下面板放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板的连接；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体上面板接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体上面板放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板的连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明选用负泊松比效应蜂窝筏体芯层，并采用多层蜂窝阀体结构，具有良好的低中频隔振性能，对工作频率范围在10～200Hz的机械设备均能起到良好的隔振作用；
2、本发明选用负泊松比效应蜂窝筏体芯层，并采用孔洞型面板结构，极大的降低了隔振浮筏装置的自身质量、有效提升了装置的隔振效率、降低了装置的使用成本；
3、本发明使用局部铸造后焊接的组合技术，增加了装置可供调节参数的数量，通过不同区域性能分别调节组合，可以实现单一隔振浮筏装置对多台设备提供隔振作用。
本发明的技术难点在于：
难点1：技术难点集中于加工制造方面，特别是负泊松比效应蜂窝结构制造。
具体难在：在一定的安装空间里，随着蜂窝层数的增加，蜂窝的尺寸也随之减小，普通的焊接方式，例如焊枪焊接，已无法将焊枪伸入蜂窝芯内部，无法保证蜂窝结构的焊接质量，容易出现脱焊情况。
本发明采用局部铸造后再焊接的方法解决蜂窝结构制造困难的问题。
难点2：技术难点在于蜂窝结构及其与上、下面板连接质量难以保证。
具体难在：由于蜂窝孔径很小，结构纵深又很大，很难保证蜂窝结构及其与上、下面板间的焊接质量。
本发明解决该难点所采用真空钎焊的方式解决蜂窝结构及其与上、下面板间的连接质量问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置的结构示意图。
图2为本发明提供的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置的正视图。
图3为本发明提供的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置的局部放大图。
图中示出：
上端隔振器1
浮筏筏体上面板2
负泊松比效应蜂窝芯层筏体3
浮筏筏体下面板4
下端隔振器5
通孔6
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，包括上端隔振器1、浮筏筏体上面板2、负泊松比效应蜂窝芯层筏体3、浮筏筏体下面板4、下端隔振器5；所述浮筏筏体下面板4连接下端隔振器5且位于下端隔振器5的上方；所述负泊松比效应蜂窝芯层筏体3的底面贴合连接浮筏筏体下面板；所述负泊松比效应蜂窝芯层筏体3的顶面贴合连接浮筏筏体上面板；所述上端隔振器1连接浮筏筏体上面板2且位于浮筏筏体上面板2的上方。上端隔振器1的作用是连接机械设备并阻隔一定的振动强度；下端隔振器5的作用是连接弹性基座并阻隔一定的振动强度；浮筏筏体上面板2、浮筏筏体下面板4能够增强结构强度；负泊松比效应蜂窝芯层筏体3所采用的负泊松比蜂窝芯的作用是利用其自身拉胀效应与蜂窝吸能特性，吸收振动能量，降低传递到浮筏筏体下面板4的振动强度及能量。
具体地，所述浮筏筏体上面板2与浮筏筏体下面板4为孔洞型面板，以保证基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置在保证隔振降噪效果的同时减轻整体装置的质量。所述孔洞型面板具有通孔6，通孔6沿所述孔洞型面板的法向方向延伸。优选地，多个通孔6使得所述孔洞型面板形成网格结构。
进一步地，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层的3的顶面、底面分别与浮筏筏体上面板2、浮筏筏体下面板4通过第一方式连接构成整体承力部件；所述第一方式是真空钎焊和/或局部铸造后焊接。所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层3的蜂窝芯胞元泊松比为负值，具有拉胀效应。所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层3是由局部铸造后焊接的方式制造得到的。所述上端隔振器1能够通过连接件与机械设备连接，下端隔振器5能够通过连接件与基座连接。所述连接件可以是螺栓、铆钉、螺钉或者加插件。
浮筏筏体上面板2、负泊松比效应蜂窝芯层筏体3、浮筏筏体下面板4之间，采用真空钎焊的方式连接；
所述真空钎焊的方式包括如下步骤：
对负泊松比效应蜂窝芯层筏体3的蜂窝芯结构纵深方向上的前端面、后端面处进行点焊以实现蜂窝芯结构的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝芯结构放入真空炉中，在真空环境下进行焊接操作，将蜂窝芯结构连接为蜂窝结构；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体下面板4接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板4的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体下面板4放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板4的连接；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体上面板2接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板2的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体上面板2放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板2的连接。
根据本发明提供的一种蜂窝隔振浮筏装置的的制造方法，在浮筏筏体上面板2、负泊松比效应蜂窝芯层筏体3、浮筏筏体下面板4之间，采用真空钎焊的方式进行连接；
所述真空钎焊的方式包括如下步骤：
对负泊松比效应蜂窝芯层筏体3的蜂窝芯结构纵深方向上的前端面、后端面处进行点焊以实现蜂窝芯结构的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝芯结构放入真空炉中，在真空环境下进行焊接操作，将蜂窝芯结构连接为蜂窝结构；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体下面板4接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板4的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体下面板4放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板4的连接；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体上面板2接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板2的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体上面板2放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板2的连接。
本发明轻质高效，可调节参数广，极大地拓展了负泊松比效应蜂窝在船舶振动与噪声领域应用领域，尤其是在船舶机械分布密而集中的区域，同时降低了使用成本。本发明可供调节参数广，包括浮筏筏体上面板2、浮筏筏体下面板4的厚度，负泊松比效应蜂窝筏体芯层3的层数、角度和壁厚，孔洞6的尺寸、布置及数目等，可以同时满足多台设备同时布置的需求，同时拥有良好的低中频隔振性能，克服了传统浮筏装置笨重低效的缺点，为负泊松比效应蜂窝结构在隔振工程领域的运用指明了更广的实施方案。例如对于4台19吨的机械设备，工作频率在15Hz的机械设备，当蜂窝层数为4层，壁厚4mm时，该工作频率下减振效果可接近8dB，而对应在120Hz以上的工作频段，其减振效果可达50dB，起到了很好的减振作用，降低了由于机械设备振动对船底板的影响，更进一步的，降低了船舶舱室的机械振动噪声。浮筏筏体上面板2、浮筏筏体下面板4的作用是保证装置的结构强度；多个通孔6的布置可以减小装置的质量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，包括上端隔振器(1)、浮筏筏体上面板(2)、负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)、浮筏筏体下面板(4)、下端隔振器(5)；
所述浮筏筏体下面板(4)连接下端隔振器(5)且位于下端隔振器(5)的上方；
所述负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)的底面贴合连接浮筏筏体下面板(4)；
所述负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)的顶面贴合连接浮筏筏体上面板(2)；
所述上端隔振器(1)连接浮筏筏体上面板(2)且位于浮筏筏体上面板(2)的上方。
2.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层的(3)的顶面、底面分别与浮筏筏体上面板(2)、浮筏筏体下面板(4)连接构成整体承力部件。
3.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层(3)的蜂窝芯胞元泊松比为负值。
4.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，所述浮筏筏体上面板(2)与浮筏筏体下面板(4)为孔洞型面板。
5.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，所述负泊松比效应蜂窝筏体芯层(3)是由局部铸造后焊接的方式制造得到的。
6.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，所述上端隔振器(1)能够通过连接件与机械设备连接，下端隔振器(5)能够通过连接件与基座连接。
7.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应的蜂窝隔振浮筏装置，其特征在于，浮筏筏体上面板(2)、负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)、浮筏筏体下面板(4)之间，采用真空钎焊的方式连接；
所述真空钎焊的方式包括如下步骤：
对负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)的蜂窝芯结构纵深方向上的前端面、后端面处进行点焊以实现蜂窝芯结构的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝芯结构放入真空炉中，在真空环境下进行焊接操作，将蜂窝芯结构连接为蜂窝结构；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)的连接；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)的连接。
8.一种蜂窝隔振浮筏装置的的制造方法，其特征在于，在浮筏筏体上面板(2)、负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)、浮筏筏体下面板(4)之间，采用真空钎焊的方式进行连接；
所述真空钎焊的方式包括如下步骤：
对负泊松比效应蜂窝芯层筏体(3)的蜂窝芯结构纵深方向上的前端面、后端面处进行点焊以实现蜂窝芯结构的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝芯结构放入真空炉中，在真空环境下进行焊接操作，将蜂窝芯结构连接为蜂窝结构；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体下面板(4)的连接；
对所述蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)接触的外轮廓处进行点焊，以实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)的试装配；随后在钎焊前对待焊零件进行清洗；随后在蜂窝芯结构纵深方向放入焊片，并用塞尺塞入每个焊接接触面；将蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)放入真空炉中，抽真空进行焊接操作，实现蜂窝结构与浮筏筏体上面板(2)的连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181012 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |