CN114352674A - 一种立体空间点阵结构全金属缓冲器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其包括内部胞元结构，所述内部胞元结构呈多层叠置结构设置；在安装所述立体空间点阵结构全金属缓冲器时，将所述金属缓冲器夹持于上结构板和下结构板之间，上结构板上方设置被隔冲设备，下结构板下方设置安装结构体，将连接件自上而下穿过被隔冲设备、上结构板、所述金属缓冲器、下结构板以及安装结构体后，将五者依次固定。本发明的所述全金属缓冲器性能设计宽、同等空间下结构利用率更高、导热性能可设计、采用创新生产加工方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，适用于航天领域中，在部件冲击环境中起到缓冲功用。
背景技术
航天技术的不断发展使各种部组件及附属设备得到广泛应用。随着火星探测技术、可重复使用航天技术等重大技术突破与航天技术的不断发展，对航天器的组部件提出的更高的可靠性要求。航天器部组件可靠性影响最大的是冲击环境。传统的火工冲击载荷产生的应力波在传递过程中遇到连接环节(如铆接、螺接、胶接等)或者间断的界面时，应力波发生折射、反射或吸收，从而实现缓冲防护。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种立体空间点阵结构全金属缓冲器。本发明的所述全金属缓冲器性能设计宽、同等空间下结构利用率更高、导热性能可设计、采用创新生产加工方式。
(二)技术方案
一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，包括内部胞元结构，所述内部胞元结构呈多层叠置结构设置，每层均具有若干底层支点和若干顶层支点，所述底层支点位于第一平面内且呈正方形点阵分布，所述顶层支点位于第二平面内且呈正方形点阵分布，所述第一平面和第二平面平行，每相邻的四个底层支点和位于该四个底层支点构成的正方形中心正上方的顶层支点构成最小支撑单元，在所述最小支撑单元内，底层支点与顶层支点间设置梁，即每相邻两个底层支点和顶层支点构成三角支撑体；在多层叠置结构中，上一层的底层支点作为下一层的顶层支点，下一层的顶层支点作为上一层的底层支点。
所述内部胞元结构由金属材质构成，且由3D打印一体成型。
所述内部胞元结构内填充导热材料。
在安装所述立体空间点阵结构全金属缓冲器时，将所述金属缓冲器夹持于上结构板和下结构板之间，上结构板上方设置被隔冲设备，下结构板下方设置安装结构体，将连接件自上而下穿过被隔冲设备、上结构板、所述金属缓冲器、下结构板以及安装结构体后，将五者依次固定。
安装中，还包括连接处胞元结构，所述连接处胞元结构设置于所述内部胞元结构的顶层和底层且环绕所述连接件设置。
所述连接件为螺纹连接件。
所述连接处胞元结构的填充密度比内部胞元结构的填充密度大，以确保连接接可靠性。
所述连接处胞元结构的填充密度是所述内部胞元结构的填充密度的1.5倍。
所述上结构板和下结构板均为具有一定厚度的实心板材。
所述上结构板和下结构板的材质为铝合金或不锈钢。
(三)有益效果
本发明的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其适用于火箭级间分离，3D打印的点阵材料在同等重量下要比无序微结构金属泡沫拥有更好的力学性能。同时，点阵材料中三维网架间的空隙能够执行配置电池、储油等功能化要求，点阵材料的多孔性满足通过进行对流换热达到温度控制的要求，三维网架的独特伸展性能使得其在促动、制动和阻尼振动等研究方面拥有很大的发展空间，它还具有优良的屏蔽电磁辐射、降低噪音、抗冲击和碰撞的吸能能力等。
与现有技术相比，本发明的立体空间点阵结构全金属缓冲器具有非常广泛的应用前景，其具有以下有益效果：
(1)性能设计宽。通过设计不同点阵“胞体”实现结构材料弹性模量的变化，从而设计不同的隔冲性能。单个“胞体”结构材料性能仿真分析比较成熟，整体结构仿真计算对试验结果有较好预示，这极大地减少设计与试验的往复迭代次数。
(2)同等空间下结构利用率更高。本发明充分发挥多节点对冲击量级衰减的优点，极大的增加冲击传递路径。传统结构存在冗余设计，尤其是结构质量上，点阵桁架结构可以极大的利用空间，减少附加质量对航天器影响。将立体空间点阵结构和3D打印结合。3D打印的结构更完整，层与层之间的连接过渡更统一，结构与结构差异性更小。但根据现有资料，3D打印的延展率可达5％，能够满足本方案隔冲设计要求。
(3)空间设计更多变，在满足同等刚度条件下，本发明结构更轻，刚度与质量之比更大，材料本身结构效率高，尺寸可以加工的更小。
(4)导热性能可设计。在本发明的三维点阵中间可以填充复合导热隔热材料，增加结构功能性。通过结构两端封装，在点阵结构内部灌注不同复合材料可以改变隔热性能。
(5)创新生产加工方式，为复杂及单一环境的隔冲装置的再生和复现成为可能。
附图说明
图1本发明的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器中单层内部胞元结构立体示意图。
图2本发明的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器中多层内部胞元结构立体示意图。
图3本发明的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器安装示意图。
图4本发明的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器安装立体图。
图中，1-上结构板；2-内部胞元结构；3-连接处胞元结构；4-下结构板；5-被隔冲设备；6-安装结构体。
具体实施方式
参见图1-2：
本发明的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，包括内部胞元结构2，所述内部胞元结构2呈多层叠置结构设置，每层均具有若干底层支点和若干顶层支点，所述底层支点位于第一平面内且呈正方形点阵分布，所述顶层支点位于第二平面内且呈正方形点阵分布，所述第一平面和第二平面平行，每相邻的四个底层支点和位于该四个底层支点构成的正方形中心正上方的顶层支点构成最小支撑单元，在所述最小支撑单元内，底层支点与顶层支点间设置梁，即每相邻两个底层支点和顶层支点构成三角支撑体；在多层叠置结构中，上一层的底层支点作为下一层的顶层支点，下一层的顶层支点作为上一层的底层支点。
所述内部胞元结构2由金属材质构成，且由3D打印一体成型。
所述内部胞元结构2内填充导热材料。
参见图3-4：
在安装所述立体空间点阵结构全金属缓冲器时，将所述金属缓冲器夹持于上结构板1和下结构板4之间，上结构板1上方设置被隔冲设备5，下结构板4下方设置安装结构体6，将连接件自上而下穿过被隔冲设备5、上结构板1、所述金属缓冲器、下结构板4以及安装结构体6后，将五者依次固定。
安装中，还包括连接处胞元结构3，所述连接处胞元结构3设置于所述内部胞元结构2的顶层和底层且环绕所述连接件设置。
所述连接件为螺纹连接件，进一步的，所述连接件为螺栓。
所述连接处胞元结构3的填充密度比内部胞元结构2的填充密度大，以确保连接接可靠性。
进一步的，所述连接处胞元结构3的填充密度是所述内部胞元结构2的填充密度的1.5倍。
所述上结构板1和下结构板4均为具有一定厚度的实心板材。
进一步的，所述上结构板1和下结构板4的材质为铝合金或不锈钢。
本发明的立体空间点阵结构全金属缓冲器的特点为：
1、上结构板1和下结构板4夹持设计，在隔冲装置整体高度允许范、围内，结合装置质量和性能要求，选定两种板材
2、芯层设计，折返结构可以通过自身结构特点有效降低结构刚度从而降低组成结构材料的弹性模量。而弹性模量的降低可以有效的起到低通高滤作用，增加传递路径的同时增大冲击作用后设备运动位移，在冲击剩余响应作用中，利用结构阻尼有效缓解振动。此外，为了对比不同芯层结构效果，芯层还可以设计为三维随机结构、仿金属橡胶结构、八面体结构三维等。
3、芯层填充设计：利用点阵结构之间空隙，填充导热材料，增加上下层之间的热流传递。
本发明所中的上结构板1、下结构板4和内部胞元结构2构成隔冲装置，隔冲装置与设备底面贴合，可承受静载1.2kg至3kg，最大可承受冲击量级4000g，热容量18019.5J/C。
本发明的应用环境为抗冲击环境，根据实际冲击底面试验验证过程的试验结果来看，本发明所设计的全金属隔冲装置的隔冲性能能够达到60％及以上的隔冲效率，在航天的爆炸分离过程中具有较好的隔冲效果。
Claims (10)
1.一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，包括内部胞元结构，所述内部胞元结构呈多层叠置结构设置，每层均具有若干底层支点和若干顶层支点，所述底层支点位于第一平面内且呈正方形点阵分布，所述顶层支点位于第二平面内且呈正方形点阵分布，所述第一平面和第二平面平行，每相邻的四个底层支点和位于该四个底层支点构成的正方形中心正上方的顶层支点构成最小支撑单元，在所述最小支撑单元内，底层支点与顶层支点间设置梁，即每相邻两个底层支点和顶层支点构成三角支撑体；在多层叠置结构中，上一层的底层支点作为下一层的顶层支点，下一层的顶层支点作为上一层的底层支点。
2.如权利要求1所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述内部胞元结构由金属材质构成，且由3D打印一体成型。
3.如权利要求2所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述内部胞元结构内填充导热材料。
4.如权利要求1所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，在安装所述立体空间点阵结构全金属缓冲器时，将所述金属缓冲器夹持于上结构板和下结构板之间，上结构板上方设置被隔冲设备，下结构板下方设置安装结构体，将连接件自上而下穿过被隔冲设备、上结构板、所述金属缓冲器、下结构板以及安装结构体后，将五者依次固定。
5.如权利要求4所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，安装中，还包括连接处胞元结构，所述连接处胞元结构设置于所述内部胞元结构的顶层和底层且环绕所述连接件设置。
6.如权利要求5所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述连接件为螺纹连接件。
7.如权利要求5所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述连接处胞元结构的填充密度比内部胞元结构的填充密度大，以确保连接接可靠性。
8.如权利要求7所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述连接处胞元结构的填充密度是所述内部胞元结构的填充密度的1.5倍。
9.如权利要求4所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述上结构板和下结构板均为具有一定厚度的实心板材。
10.如权利要求9所述的一种立体空间点阵结构全金属缓冲器，其特征在于，所述上结构板和下结构板的材质为铝合金或不锈钢。
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| CN202110181745.2A CN114352674A (zh) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 一种立体空间点阵结构全金属缓冲器 |
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Publications (1)
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| CN114352674A true CN114352674A (zh) | 2022-04-15 |
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| CN202110181745.2A Pending CN114352674A (zh) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 一种立体空间点阵结构全金属缓冲器 |
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| CN (1) | CN114352674A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116085414A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-05-09 | 中国舰船研究设计中心 | 基座用声子晶体复合减振装置及其制备方法和减震系统 |
| TWI810989B (zh) * | 2022-06-24 | 2023-08-01 | 張嘉紘 | 具有制震效果的材料結構 |
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2021
- 2021-02-08 CN CN202110181745.2A patent/CN114352674A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI810989B (zh) * | 2022-06-24 | 2023-08-01 | 張嘉紘 | 具有制震效果的材料結構 |
| CN116085414A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-05-09 | 中国舰船研究设计中心 | 基座用声子晶体复合减振装置及其制备方法和减震系统 |
| CN116085414B (zh) * | 2022-11-28 | 2024-06-11 | 中国舰船研究设计中心 | 基座用声子晶体复合减振装置及其制备方法和减震系统 |
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