CN115479101A - 一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，涉及减振结构技术领域，包括蜂窝主体，蜂窝主体绝缘，蜂窝主体包括顶盖、底座和六个呈六边形分布的侧壁，每个侧壁均为弹性梁；导向杆的底端与底座固连，顶盖滑动套设在全部导向杆上；在竖直方向上层叠设置的若干层变刚度单元，全部变刚度单元位于蜂窝主体内，变刚度单元包括绝缘的支撑板，支撑板上设置有第一电极片，第一电极片上设置有若干个变刚度体，变刚度体包括密闭的包裹体和填充在包裹体中的电流变液，包裹体的材料为弹性薄膜；每个变刚度体的上方都设置有第二电极片；支撑板套设在全部导向杆上。本发明刚度能够调节的变刚度蜂窝结构的刚度可变且能够调节。

Description

一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构
技术领域
本发明涉及减振结构技术领域，特别是涉及一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构。
背景技术
蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构。蜂窝结构是蜂巢的基本结构，是由一个个正六角形单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的一种结构。其多墙面的排列和一系列连续的蜂窝形的网状结构，可以分散承担来自各方的外力，使得蜂窝结构对挤压力的抵抗，比任何圆形、正方形或其他形状要高得多。由于这种结构有着优秀的几何力学性能，还可以作为密铺结构的基本单元，因此蜂窝结构在多个学科领域中都有广泛的应用。
蜂窝结构是一种承受力强、构造精巧、节省材料的结构，哪怕是十分纤薄的材料，做成蜂窝状也能够承受很大的压力。由于它的这一特性，因此蜂窝结构不易变形，用于减振场合时会因为刚度太强导致减振效果较差。制作单个蜂窝时，向下挤压蜂窝，蜂窝侧面会向外凸出，使得整体结构具有一定的减振效果，此时蜂窝的结构的刚度将由材料的刚度决定。由于侧面凸出，因此这样的蜂窝单元不能密铺，只能通过改变蜂窝的大小应用于不同的场合，局限性较大，空间利用率较低；其挤压时的形变无法控制，形变的质量无法保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，以解决上述现有技术存在的问题，实现蜂窝结构刚度的变化和调节。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，包括：
呈蜂窝状的蜂窝主体，所述蜂窝主体绝缘，所述蜂窝主体包括顶盖、底座和六个呈六边形分布的侧壁，每个所述侧壁均为弹性梁，所述弹性梁能够在竖直方向上进行伸缩，每个所述侧壁都顶端与所述顶盖连接、底端与所述底座连接，所述顶盖位于所述底座的正上方；
至少两个导向杆，所述导向杆位于所述蜂窝主体内，所述导向杆的底端与所述底座固连，所述顶盖滑动套设在全部所述导向杆上；
在竖直方向上层叠设置的若干层变刚度单元，全部所述变刚度单元位于所述蜂窝主体内，所述变刚度单元包括绝缘的支撑板，所述支撑板上设置有第一电极片，所述第一电极片上设置有若干个变刚度体，所述变刚度体包括密闭的包裹体和填充在所述包裹体中的电流变液，所述包裹体的材料为弹性薄膜；每个所述变刚度体的上方都设置有第二电极片，所述第二电极片与所述变刚度体的顶端接触，所述第一电极片和所述第二电极片分别与电源连接，且所述第二电极片与所述第一电极片的电压相反；所述支撑板套设在全部所述导向杆上；
相邻的两个所述变刚度单元中，上一层的所述变刚度单元中的所述支撑板压在下一层所述变刚度单元中的所述第二电极片上；最上方的所述变刚度单元的上方还设置有一个所述支撑板，所述顶盖压在最上方所述变刚度单元上方的的所述支撑板上，最上方所述变刚度单元上方的的所述支撑板压在最上方的所述变刚度单元中的所述第二电极片上；最下方的所述变刚度单元以所述底座作为所述支撑板。
优选的，所述蜂窝主体的材料为软胶。
优选的，所述顶盖和所述底座均呈六边形，所述顶盖正对所述底座；所述导向杆为六个，且六个所述导向杆分别位于所述底座的六角。
优选的，所述导向杆的材料为金属，每个所述第一电极片均与所有所述导向杆电连接，所有所述导向杆与所述电源的正极或负极电连接。
优选的，所述变刚度单元的层数为4～5层。
优选的，每个所述变刚度单元中所述变刚度体的数量为7个。
优选的，所述第二电极片为柔性电极。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明刚度能够调节的变刚度蜂窝结构的刚度可变且能够调节。
本发明刚度能够调节的变刚度蜂窝结构采用弹性梁作为其侧壁结构，现有蜂窝结构向下挤压时，侧面会向外突出，形成鼓状结构，而本发明能够调节的变刚度蜂窝结构在挤压时，侧面结构中弹性梁的形变始终发生在一个平面内，不会向内或者向外突出，保证结构的稳定性，基于以上优点，进一步可以将该结构进行密铺，构成一个大型装置。
本发明将电流变液充入弹性薄膜中，使其应用场合更加灵活、广泛，并创新性的将负刚度蜂窝结构与电流变液结合到一起，组成了一个变刚度蜂窝流变智能结构。
本发明通过控制变刚度体两端的电压，从而可以让内部的电流变液达到不同的刚度，在顶面施加均匀压力的情况下，不同刚度的变刚度体可以使得蜂窝结构的变形变得多元化，且易于人为操控。
本发明的变刚度体中的电流变液回收利用方便，并且在一个装置上用完后还可以拆卸下来用于其他装置上，极大地方便了使用，可以应用于各类需要变刚度、但不限于减振的场合中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明刚度能够调节的变刚度蜂窝结构的结构示意图；
图2为本发明刚度能够调节的变刚度蜂窝结构的部分结构示意图；
图3为本发明刚度能够调节的变刚度蜂窝结构的部分结构示意图；
其中，100、刚度能够调节的变刚度蜂窝结构；1、顶盖；2、弹性梁；3、底座；4、导向杆；5、第一电极片；6、支撑板；7、变刚度体；8、第二电极片；9、导线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明的目的是提供一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，以解决上述现有技术存在的问题，实现蜂窝结构刚度的变化和调节。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示，本实施例提供一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构100，包括蜂窝主体和设置在蜂窝主体内的5层变刚度单元。
蜂窝主体呈蜂窝状且具有负刚度，蜂窝主体绝缘，蜂窝主体的材料为软胶；具体的，蜂窝主体包括顶盖1、底座3和六个呈六边形分布的侧壁，每个侧壁均为弹性梁2，弹性梁2能够在竖直方向上进行伸缩，每个侧壁都顶端与顶盖1连接、底端与底座3连接，顶盖1位于底座3的正上方；采用弹性梁2作为蜂窝结构的侧面，改善了蜂窝结构弹性的同时，还使蜂窝结构易变形，具有一定的减振效果。由于弹性梁2使得侧面存在空隙，因此向下挤压时弹性梁2不会向蜂窝外突出，而是先减小空隙，因此蜂窝的变形较为均匀和稳定，可以将蜂窝密铺组成更大的减振装置。
六个导向杆4，导向杆4位于蜂窝主体内，导向杆4的底端与底座3固连，顶盖1滑动套设在全部导向杆4上，顶盖1能够沿导向杆4滑动，使得蜂窝结构被挤压时导向杆4不会限制蜂窝结构的形变；顶盖1和底座3均呈六边形，顶盖1正对底座3；导向杆4为六个，且六个导向杆4分别位于底座3的六角。
5层变刚度单元在竖直方向上层叠设置，全部变刚度单元位于蜂窝主体内；具体的，变刚度单元包括绝缘的支撑板6，支撑板6上设置有第一电极片5，第一电极片5上均匀设置有7个变刚度体7，变刚度体7包括密闭的包裹体和填充在包裹体中的电流变液，包裹体的材料为弹性薄膜；每个变刚度体7的上方都设置有第二电极片8(图2中未示出第二电极片8)，第二电极片8与变刚度体7的顶端接触，第一电极片5和第二电极片8分别与电源连接，且第二电极片8与第一电极片5的电压相反，第一电极片5和第二电极片8的材料均为铜；第二电极片8为柔性电极，支撑板6套设在全部导向杆4上且能够沿导向杆4滑动。
相邻的两个变刚度单元中，上一层的变刚度单元中的支撑板6压在下一层变刚度单元中的第二电极片8上；最上方的变刚度单元的上方还设置有一个支撑板6，顶盖1压在最上方变刚度单元上方的的支撑板6上，最上方变刚度单元上方的的支撑板6压在最上方的变刚度单元中的第二电极片8上；需要说明的是，由于底座3也是绝缘的，故本实施例中最下方的变刚度单元以底座3作为支撑板6，以简化结构，降低成本。
于本实施例中，导向杆4的材料为金属，每个第一电极片5均与所有导向杆4电连接，所有导向杆4与电源的正极或负极电连接；容易理解的，由于第二电极片8与第一电极片5的电压需要相反，所以当导向杆4与电源的正极电连接时，则第二电极片8通过导线9与电源的负极电连接，当导向杆4与电源的负极电连接时，则第二电极片8通过导线9与电源的正极电连接。
关于电流变液：电流变液在通常条件下是一种悬浮液，该液体的特性受到电场强度的影响。当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液呈液态；当电场强度大大高于这个临界值时，它就变成固态；在电场强度的临界值附近，这种悬浮液的粘滞性随电场强度的增加而变大，从而刚度也会增加。这一过程发生得十分迅速，通常就在几毫秒时间内。电流变液技术最直接的应用是利用它在电场下粘度连续变化的特性制造汽车离合器装置，汽车自动变速器的离合器可以用电流变液取代传统的齿轮离合装置。
本实施例中通过在包裹体中填充电流变液得到变刚度体7，并通过调节变刚度体7所在电场(由第一电极片5和第二电极片8形成)的强度来改变包裹体中电流变液的粘滞性和刚度，从而调节变刚度体7的刚度，且包裹体采用弹性薄膜制成，优选采用塑料薄膜，包裹体能够适应电流变液形状或形态的改变。
本实施例刚度能够调节的变刚度蜂窝结构100的具体工作原理如下：
每个第一电极片5均与所有导向杆4电连接，金属制成的导向杆4通过导线9连接至电源的负极；每一层覆盖的柔性电极(第二电极片8)通过导线9引出，共同连接至电源的正极。通过改变电压的大小，可以使变刚度体7中电流变液的刚度改变，从而做到控制整个蜂窝流变智能结构刚度的效果；当不通电时，蜂窝结构整体的刚度约等于蜂窝主体的刚度；通电后，蜂窝结构整体的刚度由变刚度体7控制。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于，包括：
呈蜂窝状的蜂窝主体，所述蜂窝主体绝缘，所述蜂窝主体包括顶盖、底座和六个呈六边形分布的侧壁，每个所述侧壁均为弹性梁，所述弹性梁能够在竖直方向上进行伸缩，每个所述侧壁都顶端与所述顶盖连接、底端与所述底座连接，所述顶盖位于所述底座的正上方；
至少两个导向杆，所述导向杆位于所述蜂窝主体内，所述导向杆的底端与所述底座固连，所述顶盖滑动套设在全部所述导向杆上；
在竖直方向上层叠设置的若干层变刚度单元，全部所述变刚度单元位于所述蜂窝主体内，所述变刚度单元包括绝缘的支撑板，所述支撑板上设置有第一电极片，所述第一电极片上设置有若干个变刚度体，所述变刚度体包括密闭的包裹体和填充在所述包裹体中的电流变液，所述包裹体的材料为弹性薄膜；每个所述变刚度体的上方都设置有第二电极片，所述第二电极片与所述变刚度体的顶端接触，所述第一电极片和所述第二电极片分别与电源连接，且所述第二电极片与所述第一电极片的电压相反；所述支撑板套设在全部所述导向杆上；
相邻的两个所述变刚度单元中，上一层的所述变刚度单元中的所述支撑板压在下一层所述变刚度单元中的所述第二电极片上；最上方的所述变刚度单元的上方还设置有一个所述支撑板，所述顶盖压在最上方所述变刚度单元上方的的所述支撑板上，最上方所述变刚度单元上方的的所述支撑板压在最上方的所述变刚度单元中的所述第二电极片上；最下方的所述变刚度单元以所述底座作为所述支撑板。
2.根据权利要求1所述的刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于：所述蜂窝主体的材料为软胶。
3.根据权利要求1所述的刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于：所述顶盖和所述底座均呈六边形，所述顶盖正对所述底座；所述导向杆为六个，且六个所述导向杆分别位于所述底座的六角。
4.根据权利要求1所述的刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于：所述导向杆的材料为金属，每个所述第一电极片均与所有所述导向杆电连接，所有所述导向杆与所述电源的正极或负极电连接。
5.根据权利要求1所述的刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于：所述变刚度单元的层数为4～5层。
6.根据权利要求1所述的刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于：每个所述变刚度单元中所述变刚度体的数量为7个。
7.根据权利要求1所述的刚度能够调节的变刚度蜂窝结构，其特征在于：所述第二电极片为柔性电极。
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