CN115306846A - 一种复合点阵轻质宽频减振结构 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种复合点阵轻质宽频减振结构，涉及工程结构技术领域，解决了现有技术中橡胶减振材料在使用过程中存在易老化、失效分解有害气体、需定期更换等技术问题。本申请实施例公开的复合点阵轻质宽频减振结构包括至少一个复合单胞；复合单胞包括：体心立方单胞以及多个弹性支撑组件；多个弹性支撑组件环绕体心立方单胞的体心阵列。该复合点阵轻质宽频减振结构能够应用于飞行器等机械装备上，弹性支撑组件能够产生弹性缓冲，当机械装备遇到振动时，体心立方单胞和弹性支撑组件通过发生形变，实现了宽频减振的效果，并且不易老化，不会失效分解有害气体、也不需定期更换。

Description

一种复合点阵轻质宽频减振结构

技术领域

本申请涉及工程结构技术领域，尤其涉及一种复合点阵轻质宽频减振结构。

背景技术

飞行器在飞行过程中会遇到复杂的振动环境，该振动环境涵盖了从几赫兹的低频振动到上千赫兹的高频振动，很容易损伤飞行器结构和影响其工作性能，甚至引发灾难性后果。因此，精密的飞行器需要使用减振材料将输入的振动能量快速耗散，以避免飞行器内部的关键构件受到振动的过大影响。

目前，飞行器等机械装备领域最常用的减振材料是橡胶。橡胶的弹性源于其卷曲分子结构的变化，橡胶分子在振动条件下相互运动摩擦，将振动带来的动能转变为橡胶材料内部的热能，从而实现减振吸能的功能特性，使其从宏观上表现为高弹性、高黏性以及良好的减振和缓冲特性。

然而，橡胶减振材料具有诸多局限性，比如，橡胶减振材料在使用过程中存在易老化、失效分解有害气体、需定期更换等问题。另外，橡胶减振材料在低剂量辐照环境下还会加速老化。

发明内容

本申请实施例通过提供一种复合点阵轻质宽频减振结构，解决了现有技术中橡胶减振材料在使用过程中存在的易老化、失效分解有害气体、需定期更换等技术问题。

本申请实施例提供的一种复合点阵轻质宽频减振结构包括至少一个复合单胞；所述复合单胞包括：体心立方单胞以及多个弹性支撑组件；多个所述弹性支撑组件环绕所述体心立方单胞的体心阵列。

在一种可能的实现方式中，多个所述复合单胞沿第一方向和第二方向阵列；所述第一方向和所述第二方向相互垂直，并且均垂直于所述弹性支撑组件的支撑方向；所述弹性支撑组件的两支撑端分别与所述体心立方单胞上下相对应的两个端部连接；相邻的两个所述复合单胞共用所述弹性支撑组件。

在一种可能的实现方式中，所述复合单胞为高阻尼金属材质。

在一种可能的实现方式中，所述弹性支撑组件包括至少一个支撑件，所述支撑件在所述弹性支撑组件的支撑方向上沿弯曲路径延伸。

在一种可能的实现方式中，所述弯曲路径为螺旋上升曲线，并且所述螺旋上升曲线的上升方向平行于所述弹性支撑组件的支撑方向。

在一种可能的实现方式中，所述体心立方单胞的上下相对应的两个端部间距离为所述支撑件的导程的整数倍。

在一种可能的实现方式中，所述弹性支撑组件包括两个所述支撑件，并且两个所述支撑件的上端的连线和下端的连线均平行于所述第一方向；在所述第一方向上相邻的两个所述复合单胞共用的所述弹性支撑组件中，两个所述支撑件的端部分别与两个所述体心立方单胞的相邻端部连接。

在一种可能的实现方式中，所述弯曲路径为正弦曲线或余弦曲线。

在一种可能的实现方式中，所述弹性支撑组件包括多个所述支撑件；多个所述支撑件的上端和下端分别对应连接，并且多个所述支撑件绕同一轴线环形阵列。

在一种可能的实现方式中，所述体心立方单胞的上下相对应的两个端部间距离为所述支撑件的半周期的整数倍。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供了一种复合点阵轻质宽频减振结构，该复合点阵轻质宽频减振结构包括至少一个复合单胞，并且复合单胞包括体心立方单胞以及环绕体心立方单胞的体心阵列的多个弹性支撑组件。该复合点阵轻质宽频减振结构能够应用于飞行器等机械装备上，弹性支撑组件能够产生弹性缓冲，当机械装备遇到振动时，体心立方单胞和弹性支撑组件通过发生形变来进行缓冲，利用结构阻尼耗散了能量，实现了宽频减振的效果，并且不易老化，不会失效分解有害气体、也不需定期更换。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的复合单胞的一种实施方式的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的复合单胞的另一种实施方式的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的体心立方单胞的结构示意图；

图4为图1所示复合单胞中的弹性支撑组件的结构示意图；

图5为图2所示复合单胞中的弹性支撑组件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的包括图1所示复合单胞的复合点阵轻质宽频减振结构的示意图；

图7为图6中I区域的放大图；

图8为本申请实施例提供的包括图2所示复合单胞的复合点阵轻质宽频减振结构的示意图。

附图标记：100-复合单胞；110-体心立方单胞；111-连接杆；112-体心；120-弹性支撑组件；121-支撑件。

具体实施方式

目前，飞行器等机械装备领域最常用的减振材料是橡胶。橡胶的弹性源于其卷曲分子结构的变化，橡胶分子在振动条件下相互运动摩擦，将振动带来的动能转变为橡胶材料内部的热能，从而实现减振吸能的功能特性，使其从宏观上表现为高弹性、高黏性以及良好的减振和缓冲特性。然而，橡胶减振材料具有诸多局限性，比如，橡胶减振材料在使用过程中存在易老化、失效分解有害气体、需定期更换等问题。另外，橡胶减振材料在低剂量辐照环境下还会加速老化。为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种复合点阵轻质宽频减振结构。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例提供了一种复合点阵轻质宽频减振结构，示例性地如图6和图8所示，图6为本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构的第一种实施方式的结构示意图；图8为本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构的第二种实施方式的结构示意图。

本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构包括至少一个复合单胞100。图6和图8所示的两种复合点阵轻质宽频减振结构均包括多个复合单胞100，多个复合单胞100在X、Y、Z三个方向中的至少一个方向阵列。图6和图8中的上下两块板仅为表达方便，不代表对复合点阵轻质宽频减振结构的限定，在实际的复合点阵轻质宽频减振结构中可以不具有上下两块板。需要说明的是，本申请实施例中的“多个”表示大于或等于两个。当然，本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构并不以图6和图8所示为限制，也可以仅包括一个复合单胞100。

图1和图2示例性地提供了两种复合单胞100，复合单胞100包括：体心立方单胞110和多个弹性支撑组件120。多个弹性支撑组件120环绕体心立方单胞110的体心112阵列。示例性地，图1和图2中示出的复合单胞100包括四个弹性支撑组件120；当然弹性支撑组件120还可以是其他数量，比如，复合单胞100包括三个、五个、六个等其他数量的弹性支撑组件120。

本申请实施例中的体心立方单胞110的具体结构参照图3所示。需要说明的是，在图3中的上下两块板仅为表达方便，不代表对体心立方单胞110的限定，在实际的体心立方单胞110中可以不具有上下两块板。具体也，体心立方单胞110包括多根连接杆111，多根连接杆111的其中一端连接于一点，形成体心112；多根连接杆111沿不同方向斜向上延伸，多根连接杆111沿不同方向斜向下延伸。图3所示的体心立方单胞110中包括八根连接杆111，四根连接杆111沿不同方向斜向上延伸，四根连接杆111沿不同方向斜向下延伸。当然，体心立方单胞110中包括的连接杆111的总数量并不以八根为限制，体心立方单胞110中向上延伸和向下延伸的连接杆111的数量并不以四根为限制。比如，体心立方单胞110中共包括十二根连接杆111，体心立方单胞110中六根连接杆111沿不同方向斜向上延伸，六根连接杆111沿不同方向斜向下延伸。

本申请实施例提供的复合单胞为高阻尼金属材质，比如复合单胞100采用镍钛形状记忆合金等作为结构材料，使该复合点阵轻质宽频减振结构的质量较小，能够方便应用于飞行器等对质量大小要求较高的机械装备上。并且金属材质不易老化，使该复合点阵轻质宽频减振结构具有较长的使用寿命。

图4至图8标示了X、Y、Z三个方向，以图6和图8为例，本申请实施例中所提及的第一方向为图4至图8中的X方向，本申请实施例中所提及的第二方向为图4至图8中的Y方向，本申请实施例中所提及的弹性支撑组件120的支撑方向为图4至图8中的Z方向，第一方向、第二方向和弹性支撑组件120的支撑方向两两之间相互垂直。

当本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构包括多个复合单胞100时，多个复合单胞100可以仅沿第一方向、第二方向或弹性支撑组件120的支撑方向这三个方向中的一个方向进行阵列，也可以沿第一方向、第二方向和弹性支撑组件120的支撑方向这三个方向中的两个方向同时阵列。还可以沿第一方向、第二方向和弹性支撑组件120的支撑方向这三个方向同时阵列。

图6示出的是两层结构的复合点阵轻质宽频减振结构，图8示出的是三层结构的复合点阵轻质宽频减振结构。在多个复合单胞100仅沿第一方向和第二方向阵列时，形成一层复合点阵轻质宽频减振结构。第一方向和第二方向相互垂直，并且第一方向和第二方向均垂直于弹性支撑组件120的支撑方向。当复合点阵轻质宽频减振结构包括多个复合单胞100时，复合点阵轻质宽频减振结构具体为几层结构本申请实施例对此并不限制，在实际使用时，根据实际情况进行设置。

在一层结构的复合点阵轻质宽频减振结构中，如图1和图2所示，弹性支撑组件120的两支撑端分别与体心立方单胞110上下相对应的两个端部连接；继续参照图6和图8，相邻的两个复合单胞100共用弹性支撑组件120。该种结构设置使弹性支撑组件120在减缓振动的同时，还对体心立方单胞110的端部起到支撑作用，使体心立方单胞110和弹性支撑组件120在高度方向的变形量相同，进而该复合点阵轻质宽频减振结构在宽频振动环境下仍保持稳定。

在图1至图8所示的方位下，弹性支撑组件120的两支撑端是指弹性支撑组件120的上下两端。类似图6和图8所示的多层结构的复合点阵轻质宽频减振结构，可以看作多个一层结构的复合点阵轻质宽频减振结构在弹性支撑组件120的支撑方向上的阵列，多层结构的复合点阵轻质宽频减振结构中，在每层结构中弹性支撑组件120的两支撑端分别与体心立方单胞110上下相对应的两个端部连接；相邻的两个复合单胞100共用弹性支撑组件120。

当然，弹性支撑组件120的两支撑端与体心立方单胞110的位置和连接关系并不以图1和图2所示的结构为限制，弹性支撑组件120的两支撑端也可以不与体心立方单胞110上下相对应的两个端部连接，在此种结构的情况下，相邻的两个复合单胞100既可以共用弹性支撑组件120，也可以不再共用弹性支撑组件120。

弹性支撑组件120包括至少一个支撑件121，并且支撑件121在弹性支撑组件120的支撑方向沿弯曲路径延伸。图4和图5示例性地给出了两种支撑件121的具体结构。图4中所示的弹性支撑组件120包括两个支撑件121，弯曲路径为螺旋上升曲线，并且螺旋上升曲线的上升方向平行于弹性支撑组件120的支撑方向。图5中所示的弹性支撑组件120包括四个支撑件121，并且弯曲路径为正弦曲线或余弦曲线。图4和图5仅为示例性地提供两种弹性支撑组件120的具体结构，支撑件121的数量并不以两个和四个为限制，弯曲路径也并不以螺旋上升曲线、正弦曲线或余弦曲线为限制。比如，支撑件121的数量还可以为三根、五根等其他数量，弯曲路径还可以为圆弧曲线、双曲线等。

本申请实施例中的在弹性支撑组件120的支撑方向沿弯曲路径延伸的支撑件121，能够使支撑件121在宽频振动环境下通过增大弯曲程度来实现变形，减缓振动，解决了直线型杆件的变形方向存在不确定性以及容易断裂的问题。

参照图4所示的弹性支撑组件120的一种具体实施方式，弯曲路径为螺旋上升曲线，支撑件121成为螺旋弹簧，体心立方单胞110的上下相对应的两个端部间距离为支撑件121的导程的整数倍，进而使支撑件121上下两端的连线与弹性支撑组件120的支撑方向平行，使支撑件121在机械装置振动的情况下受力更加稳定。示例性地，图1和图6中所示的体心立方单胞110的上下相对应的两个端部间距离为支撑件121导程的一倍，当然体心立方单胞110的上下相对应的两个端部间距离还可以为支撑件121导程的两倍、三倍等其他整数倍，并不以一倍为限制。

当弯曲路径为螺旋上升曲线的情况时，进一步如图4所示，弹性支撑组件120包括两个支撑件121，并且两个支撑件121的上端的连线和下端的连线均平行于第一方向。参照图7，图7为图6中I区域的放大图，在第一方向上相邻的两个复合单胞100共用的弹性支撑组件120中，两个支撑件121的端部分别与两个体心立方单胞110的相邻端部连接。

参照图5所示的弹性支撑组件120的另一种具体实施方式，弯曲路径为正弦曲线或余弦曲线。弹性支撑组件120包括多个支撑件121。多个支撑件121的上端和下端分别对应连接，并且多个支撑件121绕同一轴线环形阵列。示例性地，图5中示出的弹性支撑组件120包括四个支撑件121，四个支撑件121的上端连接，四个支撑件121的下端连接，四个支撑件121绕同一轴线环形阵列。当然，支撑件121的数量并不以图5中的四个为限制，还可以为三个、五个等其他数量的支撑件121。

进一步地，体心立方单胞110的上下相对应的两个端部间距离为支撑件121的半周期的整数倍，进而使支撑件121上下两端的连线与弹性支撑组件120的支撑方向平行，使支撑件121在机械装置振动情况下受力更加稳定。示例性地，图2和图8所示的体心立方单胞110的上下相对应的两个端部间距离为支撑件121的半周期的两倍，当然体心立方单胞110的上下相对应的两个端部间距离还可以为支撑件121的半周期的一倍、三倍等其他整数倍，并不以两倍为限制。

本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构可以通过增材工艺来进行制造。增材工艺能够快速精密地制造出任意复杂形状，适合制造形状复杂的弹性支撑组件120。当然，该复合点阵轻质宽频减振结构并不以增材工艺为限制，还可以采用传统的减材制造工艺对每个部件制造，然后使用焊接、铆接等连接方式进行连接。

本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构能够应用于飞行器等机械装备上，弹性支撑组件能够产生弹性缓冲，当机械装备遇到振动时，体心立方单胞110和弹性支撑组件120通过发生形变来进行缓冲，利用结构阻尼耗散了能量，实现了宽频减振的效果，并且不易老化，不会失效分解有害气体、也不需定期更换。另外，本申请实施例提供的复合点阵轻质宽频减振结构的内部空间开放，可以通过填充陶瓷材料来提高其抗冲击能力，也可以去填充吸能、吸声、吸波等材料实现多功能以满足航空、航天、航海的多方面需求。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，包括至少一个复合单胞(100)；所述复合单胞(100)包括：

体心立方单胞(110)；以及

多个弹性支撑组件(120)，环绕所述体心立方单胞(110)的体心(112)阵列。

2.根据权利要求1所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，多个所述复合单胞(100)沿第一方向和第二方向阵列；所述第一方向和所述第二方向相互垂直，并且均垂直于所述弹性支撑组件(120)的支撑方向；

所述弹性支撑组件(120)的两支撑端分别与所述体心立方单胞(110)上下相对应的两个端部连接，相邻的两个所述复合单胞(100)共用所述弹性支撑组件(120)。

3.根据权利要求2所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述复合单胞(100)为高阻尼金属材质。

4.根据权利要求2或3所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述弹性支撑组件(120)包括至少一个支撑件(121)，所述支撑件(121)在所述弹性支撑组件(120)的支撑方向上沿弯曲路径延伸。

5.根据权利要求4所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述弯曲路径为螺旋上升曲线，并且所述螺旋上升曲线的上升方向平行于所述弹性支撑组件(120)的支撑方向。

6.根据权利要求5所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述体心立方单胞(110)的上下相对应的两个端部间距离为所述支撑件(121)的导程的整数倍。

7.根据权利要求5所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述弹性支撑组件(120)包括两个所述支撑件(121)，并且两个所述支撑件(121)的上端的连线和下端的连线均平行于所述第一方向；

在所述第一方向上相邻的两个所述复合单胞(100)共用的所述弹性支撑组件(120)中，两个所述支撑件(121)的端部分别与两个所述体心立方单胞(110)的相邻端部连接。

8.根据权利要求4所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述弯曲路径为正弦曲线或余弦曲线。

9.根据权利要求8所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述弹性支撑组件(120)包括多个所述支撑件(121)；多个所述支撑件(121)的上端和下端分别对应连接，并且多个所述支撑件(121)绕同一轴线环形阵列。

10.根据权利要求8所述的复合点阵轻质宽频减振结构，其特征在于，所述体心立方单胞(110)的上下相对应的两个端部间距离为所述支撑件(121)的半周期的整数倍。

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