CN114483850A - 周期结构复合材料减隔振支座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周期结构复合材料减隔振支座，包括周期变截面壳体(1)和阻尼材料(2)；周期变截面壳体(1)的两端为用于连接的法兰(101)、中间为沿轴向有限周期排列的变截面壳体单元(102)，变截面壳体单元(102)由至少两个不同形状尺寸的组元沿轴向排列组成，组元采用凸缘结构，阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部或内部，阻尼材料(2)和变截面壳体单元(102)组成周期结构复合材料单元(3)，周期结构复合材料单元(3)沿轴向有限周期排列。本发明将约束阻尼和周期结构带隙原理应用于支座设计，具有更好的减振隔振性能，适应范围广。
Description
技术领域
本发明属于振动控制领域，具体涉及一种周期结构复合材料减隔振支座。
背景技术
减振和降噪问题，广泛存在航空航天、船舶、桥梁建筑、轨道交通等领域；支座是一种与振源设备间接接触的承载部件，其自身的减振和隔振性能是解决减振和降噪问题的一种途径。减振和隔振技术分为主动式和被动式，其中，空间布局以及设计制造的成本会限制主动减振隔振技术的应用，实现被动式减振主要依靠阻尼材料和结构。现有被动式减振隔振支座主要采用阻尼材料进行减振，利用阻尼耗能原理、局域共振原理、弹性波散射原理等单一理论实现被动减振和隔振，存在低频隔振带隙窄、低频隔振效果差、激振频率处振动衰减效果差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种周期结构复合材料减隔振支座，本发明将约束阻尼和周期结构带隙原理应用于支座设计，具有更好的减振隔振性能，适应范围广。
本发明所采用的技术方案是：
一种周期结构复合材料减隔振支座，包括周期变截面壳体(1)和阻尼材料(2)；周期变截面壳体(1)的两端为用于连接的法兰(101)、中间为沿轴向有限周期排列的变截面壳体单元(102)，变截面壳体单元(102)由至少两个不同形状尺寸的组元沿轴向排列组成，组元采用凸缘结构，阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部或内部，阻尼材料(2)和变截面壳体单元(102)组成周期结构复合材料单元(3)，周期结构复合材料单元(3)沿轴向有限周期排列。
优选地，周期变截面壳体(1)的材质为碳钢，采用锻造工艺将法兰(101)和变截面壳体单元(102)一体成型。
优选地，周期变截面壳体(1)的材质为碳纤维复合材料，采用一次性芯模制造工艺将法兰(101)和变截面壳体单元(102)一体成型，碳纤维预浸料缠绕到一次性芯模上进行模压成型并固化，固化后去除一次性芯模。
优选地，阻尼材料(2)采用橡胶、聚氨酯或高阻尼合金，采用一种以上的阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部或内部。
优选地，阻尼材料(2)与变截面壳体单元(102)胶接连接。
优选地，同一个变截面壳体单元(102)中，组元的截面形状、径向尺寸、轴向尺寸、壁厚不同。
优选地，阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部时，阻尼材料(2)的最大径向尺寸小于所在组元的最大径向尺寸。
优选地，阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的内部时，阻尼材料(2)的最小径向尺寸大于周期变截面壳体(1)的孔径。
本发明的有益效果是：
本发明将约束阻尼和周期结构带隙原理应用于支座设计，结合不同的减振机理，将高阻尼材料与周期结构的基体复合形成约束阻尼层或者自由阻尼层，周期变截面壳体(1)分为基体层和约束层，阻尼材料(2)为弹性体，构成具有约束阻尼的散射型周期结构，特定频率的弹性波在该周期变化的介质中传播时，会发生反射，反射波和入射波相互叠加使得周期结构中没有一个波动模态与该频率对应，从而弹性波无法传过周期结构，实现隔振，并且通过弹性体的剪切变形消耗一部分机械能，实现减振，与传统金属或碳纤维复合材料支座相比，具有更好的减振隔振性能；本发明可以根据不同激励频率，制定适应不同减振频段的支座，通过调节周期变截面壳体(1)的截面形状及尺寸、阻尼材料(2)的种类及厚度实现特定频段减振和隔振，适应范围广。
附图说明
图1是本发明实施例一中周期结构复合材料减隔振支座的剖面图。
图2是图1中周期变截面壳体的剖面图。
图3是图1中周期结构复合材料单元的示意图。
图4是本发明实施例二中周期结构复合材料减隔振支座的剖面图。
图5是本发明实施例二中周期结构复合材料减隔振支座的振动传输特性曲线。
图中：1-周期变截面壳体；2-阻尼材料；3-周期结构复合材料单元；101-法兰；102-变截面壳体单元；201-聚氨酯；202-橡胶；10201-组元；10202-组元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，在实施例一和实施例二中，周期结构复合材料减隔振支座包括周期变截面壳体1和阻尼材料2；周期变截面壳体1的两端为用于连接的法兰101(两端法兰101通过螺栓与基座或机器设备连接板连接)、中间为沿轴向有限周期排列的变截面壳体单元102(在实施例一和实施例二中，变截面壳体单元102均为两个，实际上，还可以是三个，四个等等)，变截面壳体单元102由至少两个不同形状尺寸的组元沿轴向排列组成(在实施例一和实施例二中，组元有10201和10202两个，实际上，还可以是三个，四个等等)，组元采用凸缘结构，阻尼材料2填充在变截面壳体单元102的外部或内部，阻尼材料2和变截面壳体单元102组成周期结构复合材料单元3，周期结构复合材料单元3沿轴向有限周期排列。
在本发明中，周期变截面壳体1的材质可以根据需要设置，当周期变截面壳体1的材质为碳钢时，采用锻造工艺将法兰101和变截面壳体单元102一体成型；当周期变截面壳体1的材质为碳纤维复合材料(如M40J或SYM40)时，采用一次性芯模制造工艺将法兰101和变截面壳体单元102一体成型，碳纤维预浸料缠绕到一次性芯模(如水溶性材料芯模)上进行模压成型并固化，固化后去除一次性芯模。
在本发明中，阻尼材料2的材质可以根据需要设置，优选采用阻尼材料2采用橡胶、聚氨酯、高阻尼合金等，可以采用一种以上的阻尼材料2填充在变截面壳体单元102的外部或内部。
在本发明中，阻尼材料2与变截面壳体单元102优选采用胶接连接。
在本发明中，同一个变截面壳体单元102中，组元的截面形状(可为圆形、矩形等形状)、径向尺寸、轴向尺寸、壁厚不同。
在本发明中，阻尼材料2填充在变截面壳体单元102的外部时，阻尼材料2的最大径向尺寸小于所在组元的最大径向尺寸；阻尼材料2填充在变截面壳体单元102的内部时，阻尼材料2的最小径向尺寸大于周期变截面壳体1的孔径。
如图4所示，在实施例二中，周期变截面壳体1材料为Q235，聚氨酯201和橡胶202填充在变截面壳体单元102外部，填充的最大径向尺寸等于组元的最小径向尺寸；支座的高度为130mm；法兰直径为100mm，法兰高度为10mm；周期变截面壳体1壁厚为3mm，内径为34mm；组元10201的内径为54mm、外径为60mm，组元10202的内径为74mm、外径为80mm；聚氨酯201填充高度为10mm，径向厚度为10mm；橡胶202填充高度为10mm，径向厚度为10mm；
如图5所示，实施例二中周期结构复合材料减隔振支座的振动传输特性曲线，利用幅频响应函数公式T＝20log(p2/p1)计算频域范围内的振动衰减分贝，p1为激励端的物理量(位移、速度、加速度)，p2为响应端的物理量(位移、速度、加速度)；本实施例在振源频率为0-1000Hz内时，振动幅值均有降低。
本发明将约束阻尼和周期结构带隙原理应用于支座设计，结合不同的减振机理，将高阻尼材料与周期结构的基体复合形成约束阻尼层或者自由阻尼层，周期变截面壳体1分为基体层和约束层，阻尼材料2为弹性体，构成具有约束阻尼的散射型周期结构，特定频率的弹性波在该周期变化的介质中传播时，会发生反射，反射波和入射波相互叠加使得周期结构中没有一个波动模态与该频率对应，从而弹性波无法传过周期结构，实现隔振，并且通过弹性体的剪切变形消耗一部分机械能，实现减振，与传统金属或碳纤维复合材料支座相比，具有更好的减振隔振性能；本发明可以根据不同激励频率，制定适应不同减振频段的支座，通过调节周期变截面壳体1的截面形状及尺寸、阻尼材料2的种类及厚度实现特定频段减振和隔振，适应范围广。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：包括周期变截面壳体(1)和阻尼材料(2)；周期变截面壳体(1)的两端为用于连接的法兰(101)、中间为沿轴向有限周期排列的变截面壳体单元(102)，变截面壳体单元(102)由至少两个不同形状尺寸的组元沿轴向排列组成，组元采用凸缘结构，阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部或内部，阻尼材料(2)和变截面壳体单元(102)组成周期结构复合材料单元(3)，周期结构复合材料单元(3)沿轴向有限周期排列。
2.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：周期变截面壳体(1)的材质为碳钢，采用锻造工艺将法兰(101)和变截面壳体单元(102)一体成型。
3.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：周期变截面壳体(1)的材质为碳纤维复合材料，采用一次性芯模制造工艺将法兰(101)和变截面壳体单元(102)一体成型，碳纤维预浸料缠绕到一次性芯模上进行模压成型并固化，固化后去除一次性芯模。
4.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：阻尼材料(2)采用橡胶、聚氨酯或高阻尼合金，采用一种以上的阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部或内部。
5.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：阻尼材料(2)与变截面壳体单元(102)胶接连接。
6.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：同一个变截面壳体单元(102)中，组元的截面形状、径向尺寸、轴向尺寸、壁厚不同。
7.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的外部时，阻尼材料(2)的最大径向尺寸小于所在组元的最大径向尺寸。
8.如权利要求1所述的周期结构复合材料减隔振支座，其特征在于：阻尼材料(2)填充在变截面壳体单元(102)的内部时，阻尼材料(2)的最小径向尺寸大于周期变截面壳体(1)的孔径。
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