CN117536088B - 一种非均质金属阻尼棒及其制造方法 - Google Patents

一种非均质金属阻尼棒及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117536088B
CN117536088B CN202410025961.1A CN202410025961A CN117536088B CN 117536088 B CN117536088 B CN 117536088B CN 202410025961 A CN202410025961 A CN 202410025961A CN 117536088 B CN117536088 B CN 117536088B
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
elastic modulus
region
damping
optimizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202410025961.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117536088A (zh
Inventor
高双全
严腊文
李二茂
刘云婷
王山虎
梁婧
贺泽震
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongyu Tiexin Transportation Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhongyu Tiexin Transportation Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongyu Tiexin Transportation Technology Co Ltd filed Critical Zhongyu Tiexin Transportation Technology Co Ltd
Priority to CN202410025961.1A priority Critical patent/CN117536088B/zh
Publication of CN117536088A publication Critical patent/CN117536088A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117536088B publication Critical patent/CN117536088B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/34—Process control of powder characteristics, e.g. density, oxidation or flowability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • C22C38/105—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt containing Co and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E01D19/042—Mechanical bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/06—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非均质金属阻尼棒及其制造方法，涉及桥梁支座技术领域，非均质金属阻尼棒的三个工作区域分别为端部固定区、弹性模量优化区和减震耗能区，端部固定区的材料、弹性模量优化区的材料和减震耗能区的材料均不相同，端部固定区包括第一端部固定区和第二端部固定区，弹性模量优化区包括第一弹性模量优化区和第二弹性模量优化区，所述第一端部固定区、第一弹性模量优化区、减震耗能区、第二弹性模量优化区和第二端部固定区自非均质金属阻尼棒的一端向非均质金属阻尼棒的另一端依次设置，第一端部固定区和第二端部固定区对称设置，第一弹性模量优化区和第二弹性模量优化区对称设置。本发明能够保证非均质金属阻尼棒的性能，同时降低成本。

Description

一种非均质金属阻尼棒及其制造方法
技术领域
本发明涉及桥梁支座技术领域，特别是涉及一种非均质金属阻尼棒及其制造方法。
背景技术
金属阻尼棒的技术背景主要源于其优良的阻尼性能和广泛的应用领域。
在桥梁减隔震领域，金属阻尼棒扮演着重要的作用。金属阻尼棒可以作为一种有效的减震结构，用于桥梁的支撑和连接。在地震等自然灾害发生时，金属阻尼棒能够通过自身的阻尼作用，有效地吸收和消耗地震能量，从而减少桥梁的震动和变形，避免桥梁的破坏和倒塌。
其次，金属阻尼棒还可以用于减小桥梁在风、雨等自然环境下的振动和噪音。通过金属阻尼棒的阻尼作用，可以降低桥梁的振动频率和幅度，从而减少桥梁的振动和噪音，提高桥梁的使用舒适性和安全性。
此外，金属阻尼棒还可以作为桥梁的加固措施。在一些老旧或存在安全隐患的桥梁中，通过使用金属阻尼棒作为加固材料，可以提高桥梁的承载能力和稳定性，从而延长桥梁的使用寿命和安全性。
总之，金属阻尼棒在桥梁减隔震领域中具有重要的作用，可以有效地提高桥梁的安全性和使用寿命。同时，随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，金属阻尼棒在减隔震领域的应用也将不断得到发展和完善。
在技术发展方面，针对不同的使用需求，研究人员不断探索新的材料配方和制备工艺，以提高金属阻尼棒的性能和降低成本。同时，随着科技的不断进步，人们对材料性能的要求也越来越高，金属阻尼棒的技术也在不断进步和优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种非均质金属阻尼棒及其制造方法，能够保证非均质金属阻尼棒的性能，同时降低成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种非均质金属阻尼棒，包括三个工作区域，三个所述工作区域分别为端部固定区、弹性模量优化区和减震耗能区，所述端部固定区的材料、所述弹性模量优化区的材料和所述减震耗能区的材料均不相同，所述端部固定区包括第一端部固定区和第二端部固定区，所述弹性模量优化区包括第一弹性模量优化区和第二弹性模量优化区，所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区、所述减震耗能区、所述第二弹性模量优化区和所述第二端部固定区自所述非均质金属阻尼棒的一端向所述非均质金属阻尼棒的另一端依次设置，所述第一端部固定区和所述第二端部固定区对称设置，所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区对称设置。
优选地，所述非均质金属阻尼棒设置有镂空结构，所述镂空结构包括所述第一端部固定区和所述第二端部固定区设置的通孔、所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区设置的镂空孔，所述第一端部固定区的所述通孔与所述第一弹性模量优化区的所述镂空孔连通，所述第二端部固定区的所述通孔与所述第二弹性模量优化区的所述镂空孔连通。
优选地，所述端部固定区采用铁基合金粉末制成，所述端部固定区采用的铁基合金粉末中C含量小于0.42%-0.5%，Ni含量小于0.25%，Co含量小于0.25%，Ti含量小于0.25%，Mn含量在0.5%-0.8%之间；
所述减震耗能区采用铁基合金粉末制成，所述减震耗能区采用的铁基合金粉末中C含量小于0.42%-0.5%，Ni含量在18%-19%之间，Co含量在8.9%-9.5%之间，Ti含量在0.5%-0.8%之间；Mn含量在0.5%-0.8%之间。
优选地，所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区均采用铁基合金粉末制成；
所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ni含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ti含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Co含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区均呈等差数列降低；
所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ni含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区、所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ti含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区、所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Co含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区均呈等差数列降低；
所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ni含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ni含量相同，所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ti含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ti含量相同，所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Co含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Co含量相同。
本发明还提供了一种所述非均质金属阻尼棒的制造方法，包括以下几个步骤：
步骤一，根据力学指标设计非均质金属阻尼棒的外形，进行初步的实心三维模型的建立；
步骤二，将步骤一中所建的实心三维模型导入有限元分析软件中，给非均质金属阻尼棒的不同工作区域设定不同的材料本构模型及受力边界条件；
步骤三，通过有限元分析软件对实心三维模型进行结构的变密度优化，缩减关键受力部位的尺寸，形成镂空结构，得到非均质金属阻尼棒的构型；
步骤四，将非均质金属阻尼棒的构型导入3D打印软件进行切片分层，给非均质金属阻尼棒不同工作区域设定不同成份的金属粉末，进而对非均质金属阻尼棒进行3D打印；
步骤五，对非均质金属阻尼棒进行热处理、喷丸处理及表面防腐。
优选地，所述步骤一中，根据现有的榫形钢棒的图纸及力学指标，由图纸得到非均质金属阻尼棒的外形尺寸，使用三维建模软件进行初步的实心三维模型的建立。
优选地，所述步骤一中，现有的榫形钢棒的力学指标为塑性变形区域材料强度在800Mpa-1000Mpa之间，现有的榫形钢棒的变径公式为，其中，D为现有的榫形钢棒的第一待优化区或第二待优化区的直径，x为直径计算处与现有的榫形钢棒的中点的距离。
优选地，所述步骤二中，在有限元分析软件中将模型离散化、网格化，针对非均质金属阻尼棒的不同工作区域选取不同的网格单元，设置不同的材料本构模型。
优选地，所述步骤三中，端部固定区及弹性模量优化区的强度大于减震耗能区的强度；减震耗能区的弯折能力大于端部固定区及弹性模量优化区的弯折能力；减震耗能区的抗疲劳能力均大于端部固定区及弹性模量优化区的抗疲劳能力；
采用变密度方法，即以连续变量的密度函数的形式显式地表达网格单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，得到结构最佳的传力路线，然后将传力路线之外多余的网格单元去掉，从而形成镂空结构；
其中，xi,j第i个子域内第j个单元的相对密度，为减震耗能区材料的弹性模量，P为惩罚因子。
优选地，所述步骤五中，热处理的温度为500℃，保温6小时，取出后空冷；喷丸处理的喷丸压力为0.5MPa。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的非均质金属阻尼棒的端部固定区的材料、弹性模量优化区的材料和减震耗能区的材料均不相同，且本发明设置有镂空结构，使非均质金属阻尼棒的材料使用量较传统实心阻尼棒减少40%以上，贵重金属粉末使用量减少60%以上，大大节约用料成本。
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为本发明的非均质金属阻尼棒轴测图；
图2为本发明的非均质金属阻尼棒主视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为本发明的非均质金属阻尼棒透视图；
图5为现有的均质金属阻尼棒主视图；
图6为图5的B-B剖视图；
其中：100-非均质金属阻尼棒，1-第一端部固定区，2-第一弹性模量优化区，3-减震耗能区，4-第二弹性模量优化区，5-第二端部固定区，6-通孔，7-镂空孔，8-第一固定区，9-第一待优化区，10-减震区，11-第二待优化区，12-第二固定区。
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付出创造性劳动的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非均质金属阻尼棒及其制造方法，能够保证非均质金属阻尼棒的性能，同时降低成本。
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4所示：本实施例提供了一种非均质金属阻尼棒100，非均质金属阻尼棒100一端通过焊接与桥敦相连，非均质金属阻尼棒100另一端与梁体固定，或者非均质金属阻尼棒100的两端分别与桥梁支座的上座板和下座板连接，非均质金属阻尼棒100包括三个工作区域，三个工作区域分别为端部固定区、弹性模量优化区和减震耗能区3，端部固定区的材料、弹性模量优化区的材料和减震耗能区3的材料均不相同，非均质金属阻尼棒100的材料呈非均匀分布，从而达到降低效本的作用，端部固定区包括第一端部固定区1和第二端部固定区5，弹性模量优化区包括第一弹性模量优化区2和第二弹性模量优化区4，第一端部固定区1、第一弹性模量优化区2、减震耗能区3、第二弹性模量优化区4和第二端部固定区5自非均质金属阻尼棒100的一端向非均质金属阻尼棒100的另一端依次设置，第一端部固定区1和第二端部固定区5对称设置，第一弹性模量优化区2和第二弹性模量优化区4对称设置。
具体地，本实施例中，非均质金属阻尼棒100设置有镂空结构，镂空结构包括第一端部固定区1和第二端部固定区5设置的通孔6、第一弹性模量优化区2和第二弹性模量优化区4设置的镂空孔7，第一端部固定区1的通孔6与第一弹性模量优化区2的镂空孔7连通，第二端部固定区5的通孔6与第二弹性模量优化区4的镂空孔7连通。
本实施例中，端部固定区采用铁基合金粉末制成，端部固定区采用的铁基合金粉末中C含量小于0.42%-0.5%，Ni含量小于0.25%，Co含量小于0.25%，Ti含量小于0.25%，Mn含量在0.5%-0.8%之间。
本实施例中，减震耗能区3采用铁基合金粉末制成，减震耗能区3采用的铁基合金粉末中C含量小于0.42%-0.5%，Ni含量在18%-19%之间，Co含量在8.9%-9.5%之间，Ti含量在0.5%-0.8%之间；Mn含量在0.5%-0.8%之间。
本实施例中，第一弹性模量优化区2和第二弹性模量优化区4均采用铁基合金粉末制成；
第一弹性模量优化区2采用的铁基合金粉末中的Ni含量由减震耗能区3向第一端部固定区1、第一弹性模量优化区2采用的铁基合金粉末中的Ti含量由减震耗能区3向第一端部固定区1、第一弹性模量优化区2采用的铁基合金粉末中的Co含量由减震耗能区3向第一端部固定区1均呈等差数列降低；
第二弹性模量优化区4采用的铁基合金粉末中的Ni含量由减震耗能区3向第二端部固定区5、第二弹性模量优化区4采用的铁基合金粉末中的Ti含量由减震耗能区3向第二端部固定区5、第二弹性模量优化区4采用的铁基合金粉末中的Co含量由减震耗能区3向第二端部固定区5均呈等差数列降低；
第一弹性模量优化区2靠近减震耗能区3的铁基合金粉末中的Ni含量与第二弹性模量优化区4靠近减震耗能区3的铁基合金粉末中的Ni含量相同，第一弹性模量优化区2靠近减震耗能区3的铁基合金粉末中的Ti含量与第二弹性模量优化区4靠近减震耗能区3的铁基合金粉末中的Ti含量相同，第一弹性模量优化区2靠近减震耗能区3的铁基合金粉末中的Co含量与第二弹性模量优化区4靠近减震耗能区3的铁基合金粉末中的Co含量相同。通过材料的设置使得第一弹性模量优化区2的弹性模量由减震耗能区3向第一端部固定区1、第二弹性模量优化区4的弹性模量由减震耗能区3向第二端部固定区5均逐渐降低。
实施例二
本实施例提供了一种实施例一的非均质金属阻尼棒100的制造方法，包括以下几个步骤：
步骤一，根据力学指标设计非均质金属阻尼棒100的外形，进行初步的实心三维模型的建立；
具体地，步骤一中，根据现有的榫形钢棒的图纸及力学指标，现有的均质榫形钢棒包括自一端向另一端依次设置的第一固定区8、第一待优化区9、减震区10、第二待优化区11和第二固定区12，第一固定区8对应第一端部固定区1，第一待优化区9对应第一弹性模量优化区2，减震区10对应减震耗能区3，第二待优化区11对应第二弹性模量优化区4，第二固定区12对应第二端部固定区5，现有的均质榫形钢棒的力学指标为塑性变形区域材料强度在800Mpa-1000Mpa之间，现有的榫形钢棒的变径公式为，其中，D为现有的榫形钢棒的第一待优化区11或第二待优化区12的直径，x为直径计算处与现有的榫形钢棒的中点的距离。由图纸得到非均质金属阻尼棒100的外形尺寸，使用三维建模软件（例如Freecad，但不限于此）进行初步建模，建立实心三维模型；
步骤二，将步骤一中所建的实心三维模型导入有限元分析软件（例如calculix，但不限于此）中，给非均质金属阻尼棒100不同工作区域设定不同的材料本构模型及受力边界条件；
具体地，步骤二中，在有限元分析软件中将模型离散化、网格化，针对非均质金属阻尼棒100的不同工作区域选取不同的网格单元，设置不同的材料本构模型；
步骤三，通过有限元分析软件对实心三维模型进行结构的变密度优化，自动缩减关键受力部位的尺寸，形成镂空结构，得到非均质金属阻尼棒100的构型；
具体地，步骤三中，端部固定区及弹性模量优化区的强度大于减震耗能区3的强度；减震耗能区3的弯折能力大于端部固定区及弹性模量优化区的弯折能力；减震耗能区3的抗疲劳能力均大于端部固定区及弹性模量优化区的抗疲劳能力；
采用变密度方法，即以连续变量的密度函数的形式显式地表达网格单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，得到结构最佳的传力路线，然后将传力路线之外多余的网格单元去掉，从而形成镂空结构，达到减材效果；
其中，xi,j第i个子域内第j个单元的相对密度，为减震耗能区材料的弹性模量，P为惩罚因子；
步骤四，将非均质金属阻尼棒100的构型导入3D打印软件进行切片分层，给非均质金属阻尼棒100不同工作区域设定不同成份的金属粉末，进而对非均质金属阻尼棒100进行3D打印；
步骤五，对打印后的非均质金属阻尼棒100进行去应力热处理、喷丸处理及表面防腐，提高其机械性能；
具体地，步骤五中，热处理的温度为500℃，保温6小时，取出后空冷；喷丸处理的喷丸压力为0.5MPa。
本实施例提供一种低成本、高效的非均质金属阻尼棒100的制造方法，以针对不同工况下非均质金属阻尼棒100的使用需求。本实施例的非均质金属阻尼棒100的制造方法，通过变密度优化及3D打印技术，使非均质金属阻尼棒100的材料使用量较传统实心阻尼棒（如图5至图6所示）减少40%以上，贵重金属粉末使用量减少60%以上，大大节约用料成本。
本说明书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)

1.一种非均质金属阻尼棒，其特征在于：包括三个工作区域，三个所述工作区域分别为端部固定区、弹性模量优化区和减震耗能区，所述端部固定区的材料、所述弹性模量优化区的材料和所述减震耗能区的材料均不相同，所述端部固定区包括第一端部固定区和第二端部固定区，所述弹性模量优化区包括第一弹性模量优化区和第二弹性模量优化区，所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区、所述减震耗能区、所述第二弹性模量优化区和所述第二端部固定区自所述非均质金属阻尼棒的一端向所述非均质金属阻尼棒的另一端依次设置，所述第一端部固定区和所述第二端部固定区对称设置，所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区对称设置；
所述非均质金属阻尼棒设置有镂空结构，所述镂空结构包括所述第一端部固定区和所述第二端部固定区设置的通孔、所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区设置的镂空孔，所述第一端部固定区的所述通孔与所述第一弹性模量优化区的所述镂空孔连通，所述第二端部固定区的所述通孔与所述第二弹性模量优化区的所述镂空孔连通；
所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区均采用铁基合金粉末制成；
所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ni含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ti含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Co含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区均呈等差数列降低；
所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ni含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区、所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ti含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区、所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Co含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区均呈等差数列降低；
所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ni含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ni含量相同，所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ti含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ti含量相同，所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Co含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Co含量相同。
2.一种权利要求1所述的非均质金属阻尼棒的制造方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一，根据力学指标设计非均质金属阻尼棒的外形，进行初步的实心三维模型的建立；
步骤二，将步骤一中所建的实心三维模型导入有限元分析软件中，给非均质金属阻尼棒的不同工作区域设定不同的材料本构模型及受力边界条件；
步骤三，通过有限元分析软件对实心三维模型进行结构的变密度优化，缩减关键受力部位的尺寸，形成镂空结构，得到非均质金属阻尼棒的构型；
步骤四，将非均质金属阻尼棒的构型导入3D打印软件进行切片分层，给非均质金属阻尼棒不同工作区域设定不同成份的金属粉末，进而对非均质金属阻尼棒进行3D打印；
步骤五，对非均质金属阻尼棒进行热处理、喷丸处理及表面防腐。
3.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，根据现有的榫形钢棒的图纸及力学指标，由图纸得到非均质金属阻尼棒的外形尺寸，使用三维建模软件进行初步的实心三维模型的建立。
4.根据权利要求3所述的非均质金属阻尼棒的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，现有的榫形钢棒的力学指标为塑性变形区域材料强度在800Mpa-1000Mpa之间，现有的榫形钢棒的变径公式为，其中，D为现有的榫形钢棒的第一待优化区或第二待优化区的直径，x为直径计算处与现有的榫形钢棒的中点的距离。
5.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，在有限元分析软件中将模型离散化、网格化，针对非均质金属阻尼棒的不同工作区域选取不同的网格单元，设置不同的材料本构模型。
6.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，端部固定区及弹性模量优化区的强度大于减震耗能区的强度；减震耗能区的弯折能力大于端部固定区及弹性模量优化区的弯折能力；减震耗能区的抗疲劳能力均大于端部固定区及弹性模量优化区的抗疲劳能力；
采用变密度方法，即以连续变量的密度函数的形式显式地表达网格单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，得到结构最佳的传力路线，然后将传力路线之外多余的网格单元去掉，从而形成镂空结构；
其中，x i,j为第i个子域内第j个单元的相对密度，为减震耗能区材料的弹性模量，P为惩罚因子。
7.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法，其特征在于：所述步骤五中，热处理的温度为500℃，保温6小时，取出后空冷；喷丸处理的喷丸压力为0.5MPa。
CN202410025961.1A 2024-01-09 2024-01-09 一种非均质金属阻尼棒及其制造方法 Active CN117536088B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410025961.1A CN117536088B (zh) 2024-01-09 2024-01-09 一种非均质金属阻尼棒及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410025961.1A CN117536088B (zh) 2024-01-09 2024-01-09 一种非均质金属阻尼棒及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117536088A CN117536088A (zh) 2024-02-09
CN117536088B true CN117536088B (zh) 2024-04-02

Family

ID=89794189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410025961.1A Active CN117536088B (zh) 2024-01-09 2024-01-09 一种非均质金属阻尼棒及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117536088B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002242480A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Takenaka Komuten Co Ltd 複合型ダンパーおよび同ダンパーを設置した免震構造
CN201078035Y (zh) * 2007-07-27 2008-06-25 北京工业大学 可调式金属复合型低屈服点阻尼器
CN201485988U (zh) * 2009-08-21 2010-05-26 清华大学 剪切型金属弯曲耗能阻尼器
CN201620490U (zh) * 2009-12-31 2010-11-03 上海维固工程实业有限公司 一种耗能钢板
CN103498414A (zh) * 2013-10-08 2014-01-08 衡水中铁建工程橡胶有限责任公司 一种金属阻尼减隔震支座
CN207110102U (zh) * 2017-06-15 2018-03-16 沈阳建筑大学 一种圆截面变径低屈服点钢棒耗能元件
CN113323178A (zh) * 2021-05-21 2021-08-31 北京工业大学 一种具有多维耗能功能的复合型低屈服点金属阻尼器
CN114232464A (zh) * 2021-12-31 2022-03-25 云南省交通规划设计研究院有限公司 高阻尼橡胶-沙漏型钢支撑组合式耗能构造及方法
CN114934607A (zh) * 2022-06-29 2022-08-23 广州大学 一种具有双重耗能特性的金属-可变摩擦复合阻尼器
CN217438683U (zh) * 2022-04-15 2022-09-16 山东农业大学 一种适于双柱式桥墩的自复位减震耗能阻尼器及连接装置
CN218758058U (zh) * 2022-07-07 2023-03-28 北京赛福思创减震科技股份公司 一种复合型大位移金属消能器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002242480A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Takenaka Komuten Co Ltd 複合型ダンパーおよび同ダンパーを設置した免震構造
CN201078035Y (zh) * 2007-07-27 2008-06-25 北京工业大学 可调式金属复合型低屈服点阻尼器
CN201485988U (zh) * 2009-08-21 2010-05-26 清华大学 剪切型金属弯曲耗能阻尼器
CN201620490U (zh) * 2009-12-31 2010-11-03 上海维固工程实业有限公司 一种耗能钢板
CN103498414A (zh) * 2013-10-08 2014-01-08 衡水中铁建工程橡胶有限责任公司 一种金属阻尼减隔震支座
CN207110102U (zh) * 2017-06-15 2018-03-16 沈阳建筑大学 一种圆截面变径低屈服点钢棒耗能元件
CN113323178A (zh) * 2021-05-21 2021-08-31 北京工业大学 一种具有多维耗能功能的复合型低屈服点金属阻尼器
CN114232464A (zh) * 2021-12-31 2022-03-25 云南省交通规划设计研究院有限公司 高阻尼橡胶-沙漏型钢支撑组合式耗能构造及方法
CN217438683U (zh) * 2022-04-15 2022-09-16 山东农业大学 一种适于双柱式桥墩的自复位减震耗能阻尼器及连接装置
CN114934607A (zh) * 2022-06-29 2022-08-23 广州大学 一种具有双重耗能特性的金属-可变摩擦复合阻尼器
CN218758058U (zh) * 2022-07-07 2023-03-28 北京赛福思创减震科技股份公司 一种复合型大位移金属消能器

Also Published As

Publication number Publication date
CN117536088A (zh) 2024-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111611693B (zh) 一种多段连续梁固有频率的计算方法
CN117536088B (zh) 一种非均质金属阻尼棒及其制造方法
CN110310617A (zh) 一种直柱型点阵增强夹杂型水下吸声结构
CN110043594A (zh) 一种节点增强型点阵结构
CN105500867A (zh) 一种新型的无金属连接件的复合材料夹层板连接结构及其设计方法
Li et al. Design of resonant structures in resin matrix to mitigate the blast wave with a very wide frequency range
Yao et al. Study on the impact behavior of arch micro-strut (ARCH) lattice structure by selective laser melting (SLM)
CN116522499A (zh) 一种基于薄壁–点阵填充结构车身前端结构设计方法
CN111179894A (zh) 一种可用于中高频减振的可调宽带隙拉胀声子晶体
Dorfi et al. An effective curved composite beam finite element based on the hybrid-mixed formulation
CN113983096B (zh) 一种弯曲主导型压簧式点阵结构
CN113051799A (zh) 一种基于线性屈曲分析的输电塔结构初始几何缺陷模拟方法
Assaf Finite element vibration analysis of damped composite sandwich beams
CN212562283U (zh) 一种防震降噪的复合铝合金地板
CN111206686B (zh) 一种由双肢板片组合构件构成的自由曲面网壳结构
CN109972892B (zh) 磁性形状记忆合金智能自复位约束屈曲支撑
CN109241557B (zh) 一种吊车吊臂的设计方法
CN219418486U (zh) 抑制水下低频流致噪声的超材料模块及其抗压蒙皮结构
CN110607850A (zh) 一种正交胶合木屈曲约束支撑
CN219470970U (zh) 一种边坡防护网
CN216280608U (zh) 一种基于铸造铝合金的弹性网架
Wang et al. Dynamic Crushing Analysis of Hexagonal-Kagome Combined Honeycomb with Negative Poisson’s Ratio
CN217630607U (zh) 一种新型三维隔震支座
Vesenjak et al. Dynamic behaviour of metallic hollow sphere structures
CN111723500B (zh) 基于米字形单元孪晶型微桁架结构的复合吸能结构及其3d打印方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant