CN117231825B - 一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，包括突缘结构、位于突缘结构外围的轮缘结构、以及连接突缘结构和轮缘结构的水平加肋网架，水平加肋网架上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为15个；本发明一方面区别于传统的振动控制手段，可以实现特定频段的振动宽频控制；另一方面区别于已有的基于壳体的带隙超材料设计，可以不占用壳体内不过多空间的同时实现中低频振动控制，同时增加轴向强度和刚度，将集中质量引入星形胞元设计了可调控带隙的星形胞元，调节胞元带间隙频率，使其涵盖要求的结构振动控制频率，实现结构振动控制的高效化设计。

Description

一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰

技术领域

本发明属于海洋水下工程技术领域，具体涉及一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰。

背景技术

由于电磁波和光波在水中存在剧烈衰减现象，因此深远海水下潜器的水下探测、导航和通讯主要基于能够实现长距离传播的声学设备。鱼雷、潜艇、ARV等水下潜器在运行时不可避免地产生辐射噪声。高自噪声水平一方面会使背景噪声过大导致声学设备无法使用；另一方面也增加了暴露风险。辐射噪声大小是其声隐身及操控性能的重要指标，但目前深远海水下潜器及的辐射噪声控制中存在低频/中低频段宽频降噪难题。而传统的振动噪声控制手段存在作用频段较窄、需要复杂设计以及消耗大量能量等问题。

对于水下潜器，其壳体的振动噪声主要由动力装置产生，并由法兰结构进行传递。水下潜器的法兰结构主要用于水下设备的连接和密封。常见的结构形式包括平面法兰、凹凸法兰和超窄法兰。平面法兰主要用于与设备端面的连接，而凹凸法兰和超窄法兰则用于不同设备的连接。这些法兰结构通常由铝合金、铸铁、铸钢、锻钢和不锈钢等材料制成。常见的法兰结构主要用于设备的支撑，因此主要考虑刚度和刚度是否满足要求，而往往忽略其动力学特性，因此往往不能对动力装置的振动进行有效抑制。

带隙超材料是一种人工设计的用于抑制特定频段弹性波在其内部传播的周期性结构。在实际的结构中弹性波以振动的形式表现出来，因此带隙超材料结构可以抑制特定频段的振动，具有隔振的力学特性；如果带隙超材料结构受声波激励，声波在其内部会转化为弹性波的形式继续传播，因此对特定频率的声波带隙超材料结构也具有隔声的声学特性。因此带隙超材料在特定频段范围内具有良好的减振降噪效果。

目前，一些文献探讨了带隙超材料在水下潜器中的应用前景。例如一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料，201811034463[P].4.2018.09.05，夏百战等提出了一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料，但是该材料存在该结构复杂，结构重量较大的缺点。例如QUY, MENG G. Three-dimensional elasticity solution for vibration analysis offunctionally graded hollow and solid bodies of revolution. Part I: Theory[J/OL]. European Journal of Mechanics - A/Solids, 2014, 44: 222-233. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2013.11.004，该文章作者设计了由星形胞元组成的水下潜器外壳，从整体结构的角度出发，验证了带隙超材料对振动控制的有效性但是没有从胞元的角度进行带隙设计，无法实现特定频段的振动控制。例如LI Q, LI P, GUO Y, 等.A comparative study on mechanical and vibroacoustic performance of sandwichcylindrical shells with positive, negative, and zero Poisson’s ratio cellularcores[J/OL]. Journal of Ocean Engineering and Science, 2022[2023-05-18].https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468013322002388，李清等从胞元层面设计了由正、零、负泊松比胞元构成的胞元结构，并进行周期性序构形成水下潜器外壳。然而，由于水下潜器的空间有限，基于壳体的带隙超材料设计往往需要过多的占用空间，降低水下潜器的可使用性；另外基于壳体的带隙超材料存在尺寸限制，胞元尺寸通常较小，这就导致胞元的带隙频率较高，难以实现中低频的振动控制。

发明内容

本发明提供一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，能够解决现有技术方案中存在的缺少胞元带隙设计、中低频振动难以控制、空间尺寸限制较大，造成水下航行器的振动噪声问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明实施例提供一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其包括突缘结构、位于所述突缘结构外围的轮缘结构、以及连接所述突缘结构和所述轮缘结构的水平加肋网架，所述水平加肋网架上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，所述星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为15个；

每个星形胞元包括4个尖角结构、4条延伸线段、以及用于连接4个尖角结构的4条折线段；每条延伸线段的端部连接至与其相邻一条折线段的拐角处；其中，每个星形胞元x、y方向尺寸不同，星形胞元y方向的径向尺寸为Ly，星形胞元x方向周向尺寸为Lx；星形胞元的相邻两条折线段中相邻两边长分别为a和b，长度b的一边与星形胞元y方向周向的夹角为γ，长度a的一边与星形胞元x方向的径向的夹角为θ，星形胞元在y方向的延伸线段的长度为m，星形胞元在x方向的延伸线段的长度为L，星形胞元主体部分为4条折线段，星形胞元集中质量部分为星形胞元的4个尖角结构；星形胞元主体部分的厚度为t1，星形胞元集中质量部分的厚度为t2，集中质量区域长度为(0.1～0.2)a和(0.1～0.2)b，存在关系：Lx=2(L+b×sin(γ)-a×cos(θ))、Ly=2(m+a×cos(θ)-b×cos(γ))，L<(Lx/2)，m<(Ly/2)，a×cos(θ)<L，b×cos(γ)<m。

根据本发明一可选实施例，所述突缘结构中心位置设置有安装孔，用于轴与轴之间相互连接；所述轮缘结构边缘设置有多个凸出的固定孔，所述水平加肋网架包括多条环形结构和连接多条环形结构的径向横梁。

根据本发明一可选实施例，所述星形胞元的尖角结构不能超过星形胞元在x和y方向上延伸线段形成的矩形范围。

根据本发明一可选实施例，星形胞元的y方向尺寸Ly为33mm，星形胞元的x方向尺寸Lx为50mm，L为20mm，m为13.02mm，θ为40°，a为22mm，通过尺寸约束条件确定b为24.31mm，γ为64°，星形胞元主体厚度t1为1mm，集中质量部分的厚度t2为2.2mm。

根据本发明一可选实施例，星形胞元序构布置范围为半径104.55mm~203.55mm的环形区域，3层圆周阵列星形胞元外径分别为137.55mm、170.55mm、203.55mm，最内圈星形胞元外径对应的圆周长度为50.8mm，3层圆周阵列星形胞元的弯曲角度为21.176°。

有益效果：本发明公开了一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，包括突缘结构、位于突缘结构外围的轮缘结构、以及连接突缘结构和轮缘结构的水平加肋网架，水平加肋网架上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为15个；本发明一方面区别于传统的振动控制手段，可以实现特定频段的振动宽频控制，另一方面区别于已有的基于壳体的带隙超材料设计，可以不占用壳体内不过多空间的同时实现中低频振动控制，同时增加轴向强度和刚度，从胞元层面进行设计，调节胞元带隙频率使其涵盖要求的结构振动控制频率，实现结构振动控制的高效化设计。本发明基于周期性结构理论，将集中质量引入星形胞元设计了可调控带隙的星形胞元，从胞元层面确定了带隙频率范围并使其与目标振动控制频率范围相匹配，提高了以振动控制为导向的结构优化设计的效率和准确性，增加了法兰轴向强度和刚度，解决了传统振动控制方法中难以实现中低频宽频振动衰减的难题。此外，本发明基于法兰结构进行的带隙超材料设计，在振动传递路径上对结构进行控制，有效降低了结构自身尺寸限制对胞元设计的影响，合理使用水下潜器内部空间，提高带隙超材料在水下潜器中的可用性。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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一种星形胞元结构图。

图2为本申请实施例提供的一种星形胞元实体化结构图。

图3为本申请实施例提供的一种实体化后的各层星形胞元结构的正视图。

图4为本申请实施例提供的一种实体化后的各层星形胞元结构的侧视图。

图5为本申请实施例提供的一种弯曲后的各层星形胞元结构的正视图。

图6为本申请实施例提供的一种带间隙超材料倾斜法兰结构的正视图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图6所示，本发明实施例提供一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，该水下潜器法兰包括突缘结构21、位于所述突缘结构21外围的轮缘结构23、以及连接所述突缘结构21和所述轮缘结构23的水平加肋网架22，所述水平加肋网架22上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，所述星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为15个，例如第一层星形胞元11，第二层星形胞元12和第三层星形胞元13。所述突缘结构21中心位置设置有安装孔，用于轴与轴之间相互连接；所述轮缘结构23边缘设置有多个凸出的固定孔，所述水平加肋网架22包括多条环形结构和连接多条环形结构的径向横梁。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，每个星形胞元包括4个尖角结构、4条延伸线段、以及用于连接4个尖角结构的4条折线段；每条延伸线段的端部连接至与其相邻一条折线段的拐角处；其中，每个星形胞元x、y方向尺寸不同，星形胞元y方向的径向尺寸为Ly（星形胞元1在y方向的两侧延伸部分的尖端的距离）。星形胞元x方向周向尺寸为Lx（星形胞元1在x方向的两侧延伸部分的尖端的距离）。所述星形胞元的尖角结构不能超过星形胞元在x和y方向上延伸线段形成矩形范围，如星形胞元1在x和y方向的两侧延伸线段形成矩形虚线框2（虚线所示）。星形胞元的相邻两条折线段中相邻两边长分别为a和b，边长b与Lx的夹角为γ，边长a与Ly的夹角为θ，即边长1-4与星形胞元y方向周向的夹角为γ，边长1-3与星形胞元x方向的径向的夹角为θ。

星形胞元在y方向的延伸线段1-2的长度为m，星形胞元在x方向的延伸线段1-1的长度为L，星形胞元主体部分为4条折线段，星形胞元集中质量部分为星形胞元的4个尖角结构1-5；星形胞元主体部分的厚度为t1，星形胞元集中质量部分的厚度为t2，图2、图3和图5中尖角结构1-5为星形胞元集中质量部分，4个尖角结构内部连接部分1-6为星形胞元主体部分。集中质量区域长度为(0.1～0.2)a和(0.1～0.2)b，存在关系：Lx=2(L+b×sin(γ)-a×cos(θ))、Ly=2(m+a×cos(θ)-b×sin(γ))，L<(Lx/2)，m<(Ly/2)，a×cos(θ)<L，b×cos(γ)<m。

其中，选取星形胞元Lx、Ly、a、b、L、m、θ、γ、t1、t2尺寸后，需要计算星形胞元能带结构图，并确定该星形胞元的方向带隙和完全带隙频率是否满足振动控制目标频率的要求，若满足要求则可进行下一步操作，若不满足，则需要重新进行尺寸和系数的选取；根据选取参数，构建星形胞元实体化结构，然后进行弯曲，并沿法兰结构的周向和径向进行周期性序构，形成倾斜带隙超材料的法兰结构。图4中水平加肋网架22为水平结构，在X方向没倾斜。图5中星形胞元为弯曲结构。

在每个星形胞元中，根据水下潜器壳体和动力装置与法兰结构连接处的几何尺寸，确定法兰结构内径和外径，进而与星形胞元序构层数相除，得到星形胞元y方向的径向尺寸Ly，将径向尺寸Ly与拉伸系数相乘，得到胞元x方向周向尺寸Lx。拉伸系数为1～1.5，星形胞元序构层数为3层或4层。根据计算得到的星形胞元的几何结构尖端不能超过星形胞元在x和y方向上延伸部分形成矩形范围。

本实施例中计算时采用梁单元模拟星形胞元结构，星形胞元主体部分梁单元厚度保持不变，集中质量的大小通过改变该区域的梁厚度实现。根据水下潜器壳体和动力装置与法兰结构连接处的几何尺寸，确定带隙超材料法兰内外径，进而与胞元序构层数相除，得到胞元y方向径向尺寸Ly。将径向尺寸Ly与拉伸系数相乘，得到胞元x方向周向尺寸Lx，进一步确定L、m、a、和θ，L优选为(1/4~1/2)Lx、m优选为(1/4~1/2)Ly，进一步根据几何约束关系求得b、γ，集中质量区域长度为(0.1~0.2)a和(0.1~0.2)b。需要注意的是，计算得到的胞元几何结构的星形胞元尖端不能超过单胞范围内（图1中的虚线框2）。得到胞元尺寸后，需要计算胞元能带结构图并确定该胞元的方向带隙和完全带隙频率是否满足振动控制目标频率的要求，若满足要求则可进行下一步操作，若不满足，则需要重新进行尺寸和系数的选取。

带间隙超材料法兰序构方法是将梁形式的星形胞元实体化后进行弯曲，并沿周向和径向进行周期性序构，形成带间隙超材料法兰结构。根据星形胞元带间隙设计方法得到的胞元，将星形胞元主体部分中的所有梁沿法向平移t/2（如图2所示），同样将胞元集中质量部分中的梁平移，平移后的集中质量部分要满足面质量与梁结构的线质量相等，形成闭合的实体平面。将胞元所在平面沿平面内水平轴倾斜一定角度，之后对其沿面法线拉伸，形成三维实体结构。将实体化后的胞元沿着平面法向进行弯曲，弯曲角度的计算方法为：首先确定不同层数胞元弯曲半径，即法兰内径+胞元所在层数×Ly；之后确定胞元周向序构个数，即最内层胞元直径×π/Lx；最终确定弯曲角度，即360°/周向序构个数。根据计算得到的弯曲角度和各层胞元的弯曲半径对各层胞元进行弯曲，实现胞元的径向和周向序构，之后将周向各星形胞元间的空隙使用圆弧面板补齐，形成带间隙超材料法兰结构（如图6所示）。

本发明基于设计一方面区别于传统的振动控制手段，可以实现特定频段的振动宽频控制，另一方面区别于已有的基于壳体的带间隙超材料设计，可以不占用壳体内不过多空间的同时实现中低频振动控制，同时增加轴向强度和刚度。从胞元层面进行设计，调节胞元带隙频率使其涵盖要求的结构振动控制频率，实现结构振动控制的高效化设计；针对水下潜器动力装置的法兰支撑结构开展带隙超材料设计，一定程度解决了胞元尺寸限制的问题；同时将集中质量引入星形胞元中，使其带隙频率进一步降低，使水下潜器实现中低频的宽频振动控制；通过将胞元与轴向平面形成一定角度，使得胞元截面倾斜，增加轴向的刚度与强度。

本发明基于周期性结构理论，将集中质量引入星形胞元设计了可调控带隙的星形胞元，从胞元层面确定了带隙频率范围并使其与目标振动控制频率范围相匹配，提高了以振动控制为导向的结构优化设计的效率和准确性，增加了法兰轴向强度和刚度，解决了传统振动控制方法中难以实现中低频宽频振动衰减的难题。此外，本设计基于法兰结构进行的带隙超材料设计，在振动传递路径上对结构进行控制，有效降低了结构自身尺寸限制对胞元设计的影响，合理使用水下潜器内部空间，提高带隙超材料在水下潜器中的可用性。

本发明实施例中星形胞元带隙设计方法的带隙计算方法是基于周期性边界条件的有限元方法计算的，该方法是基于有限元思想，将胞元结构进行离散，建立刚度矩阵和质量矩阵，并在胞元边界施加周期性边界条件，计算弹性波波矢k在最简布里渊区边界取不同值时的结构本征值。具体方法如下：

对于胞元结构，其在外载荷下的结构平衡方程可以写为：

对于周期性结构来说，由于其无限大且是周期的，因此根据Bloch定理可知在相邻的两个原胞内对于任意空间函数都存在周期性，以正方形晶格为例，原胞边界L、R、T、B以及边界点LT、LB、RT、RB上的广义位移q可以写为：

根据牛顿第二定理可以得到广义力在边界R、L、T、B以及边界点RT、RB、TL、TB上的关系：

进而将结构平衡方程简化为：

经过上述推导，基于位移有限元法将弹性波动方程转化为了本征方程，之后基于Bloch定理，将波矢k沿最简布里渊区边界取值，就可以得到声子晶体能带结构图。有限元法主要通过有限元软件进行声子晶体能带结构计算，其计算精度、速度以及收敛性在很大程度上取决于网格的划分，进而在很大程度上受计算机性能的影响。使用软件计算声子晶体能带结构便于操作，可以求解复杂结构的声子晶体，目前很多学者在研究不同结构形式的声子晶体带隙特性时，通常基于有限元法使用软件进行计算。

本发明创新点：创新点1：在法兰设计中采用超材料结构，实现承载与振动控制一体化。创新点2：引入端部集中质量，采用星形胞元实现低频带隙。创新点3：结构型式不同于常规法兰，法兰设计包含局部胞元带隙设计及其它部位承载设计，增加法兰轴向强度和刚度，突破胞元小尺寸限制。

本发明具有以下有益效果和优越性：

本设计方法立足动力舱段的法兰结构支撑结构，作为动力装置振动传递的主要路径，对其进行带隙超材料优化设计可以有效提高振动在传递路径上的衰减，此外，法兰结构沿径向的较大尺寸提高了胞元设计的几何尺寸上限，突破了以壳体为设计对象时的尺寸限制，使胞元更容易产生低频带隙。

采用矩形星形胞元作为设计对象，在径向尺寸被约束不变的情况下，适当地增加周向尺寸可以有效降低带隙频率，引入集中质量后其能量吸收的效率增强，进一步使振动衰减的作用频率范围超低频移动。

从胞元层面进行的带隙设计，可以根据要求的目标频率，通过调节胞元几何参数，实现具有特定频率范围带隙的胞元，使该频率范围内的振动在传递过程中衰减，提高振动控制的有效性和准确性。

将胞元所在平面沿平面内水平轴旋转一定角度，使得该平面由竖直面变为倾斜面，使得平面内胞元沿轴向拉伸后，整个超材料法兰呈现锥形，增加法兰结构轴向刚度和强度。

基于带隙超材料的振动控制方法，突破传统振动控制手段，实现振动控制的低频化、宽频化，已有的计算结果表明，在较小尺寸的前提下，可以实现2000Hz以下的带隙设计，同时在目标频率范围内，振动可衰减20dB。

实施例1

根据技术方案，本发明以水下潜器的动力舱段为对象，进行带隙超材料星形胞元设计，该动力段壳体为薄壁加肋结构，长度为965mm，直径为534mm，壁厚为6.5mm，肋骨间距为72mm，肋骨宽度为16mm，径向高度为10mm。考虑法兰结构与动力装置、壳体连接部分需要占用一定空间，可用的带间隙超材料的法兰序构布置范围为半径104.55mm~203.55mm，圆周阵列星形胞元层数为3层，因此根据图1所示的星形胞元进行设计，星形胞元y方向尺寸Ly为33mm，x方向尺寸Lx为50mm，取L为20mm，m为13.02mm，θ为40°，a为22mm，通过尺寸约束条件确定b为24.31mm，γ为64°，胞元主体部分的厚度t1为1mm，集中质量部分的厚度t2为2.2mm。

之后将设计星形胞元进行实体化，将星形胞元主体部分中的所有梁沿法向平移0.5mm，如图2所示，同样将胞元集中质量部分中的梁平移，该胞元集中质量处的梁总长为11.58mm，等效面积为25.4825.83mm²。为保证平移后的集中质量部分要满足面质量与梁结构的线质量相等，需要对集中质量部分进行重建，重建后的集中质量区域面积为25.83mm²，并将胞元所在平面沿平面水平轴旋转10°，如图3所示，由此完成平面星形胞元的实体化，将实体化后的星形胞元截面和未实体化的胞元梁单元沿面法向拉伸10mm。

3层星形胞元外径分别为137.55mm、170.55mm、203.55mm，最内圈星形胞元11外径对应的圆周长度为50.8mm，因此3层星形胞元结构沿周向的胞元个数为15个，3层圆周阵列星形胞元的弯曲角度为21.176°。将3层胞元以各自弯曲半径和21.176°弯曲角度分别进行弯曲，如图5所示，优选以21.176°弯曲角度进行弯曲，将弯曲后的结构沿轴向进行圆周阵列，阵列个数为15个，之后将各层星形胞元沿周向的空隙以1mm面板补齐，保持带隙超材料法兰盘内圈与外圈结构与原始结构保持一致，如图6所示，便于与水下潜器壳体、动力装置进行装配。

综上，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其特征在于，包括突缘结构、位于所述突缘结构外围的轮缘结构、以及连接所述突缘结构和所述轮缘结构的水平加肋网架，所述水平加肋网架上设置有带间隙超材料的星形胞元序构，所述星形胞元序构为3层圆周阵列星形胞元，每层圆周阵列星形胞元的数量为15个；

每个星形胞元包括4个尖角结构、4条延伸线段、以及用于连接4个尖角结构的4条折线段；每条延伸线段的端部连接至与其相邻一条折线段的拐角处；其中，每个星形胞元x、y方向尺寸不同，星形胞元y方向的径向尺寸为Ly，星形胞元x方向周向尺寸为Lx；星形胞元的相邻两条折线段中相邻两边长分别为a和b，长度b的一边与星形胞元y方向周向的夹角为γ，长度a的一边与星形胞元x方向的径向的夹角为θ，星形胞元在y方向的延伸线段的长度为m，星形胞元在x方向的延伸线段的长度为L，星形胞元主体部分为4条折线段，星形胞元集中质量部分为星形胞元的4个尖角结构；星形胞元主体部分的厚度为t1，星形胞元集中质量部分的厚度为t2，集中质量区域长度为(0.1～0.2)a和(0.1～0.2)b，存在关系：Lx=2(L+b×sin(γ)-a×cos(θ))、Ly=2(m+a×sin(θ)-b×cos(γ))，L<(Lx/2)，m<(Ly/2)，a×cos(θ)<L，b×cos(γ)<m。

2.根据权利要求1所述的一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其特征在于，所述突缘结构中心位置设置有安装孔，用于轴与轴之间相互连接；所述轮缘结构边缘设置有多个凸出的固定孔，所述水平加肋网架包括多条环形结构和连接多条环形结构的径向横梁。

3.根据权利要求1所述的一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其特征在于，所述星形胞元的尖角结构不能超过星形胞元在x和y方向上延伸线段形成的矩形范围。

4.根据权利要求1所述的一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其特征在于，星形胞元的y方向尺寸Ly为33mm，星形胞元的x方向尺寸Lx为50mm，L为20mm，m为13.02mm，θ为40°，a为22mm，b为24.31mm，γ为64°，星形胞元主体厚度t1为1mm，集中质量部分的厚度t2为2.2mm。

5.根据权利要求4所述的一种水平带间隙超材料的水下潜器法兰，其特征在于，星形胞元序构布置范围为半径104.55mm~203.55mm的环形区域，3层圆周阵列星形胞元外径分别为137.55mm、170.55mm、203.55mm，最内圈星形胞元外径对应的圆周长度为50.8mm，3层圆周阵列星形胞元的弯曲角度为21.176°。