用于改变结构的刚度的方法及多层结构技术

本发明专利技术公开了用于改变结构的刚度的方法及多层结构，其包括可调节的多层阵列增强系统，所述多层阵列增强系统具有嵌入有纳米颗粒的超分子粘合剂，纳米颗粒按需求响应于运动结构或固定结构中的振荡效应或者在运动结构或固定结构中的振荡效应之前被重新定向。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及振动(vibration)的领域，并且更具体地，涉及处理(address，从事于)机械振动的系统。更具体地，本公开涉及使用这样的材料的方法、装置和系统，即，所述材料能基于振动环境改变材料的刚度以避免临界振动频率。又更具体地，本公开涉及将一结构调整为多个期望刚度模式以避免临界频率。
技术介绍
诸如车辆的多种结构在工作期间振动。此外，每个结构均根据其形状或构造而具有固有频率或共振频率。不同类型的结构经常被设计成使得工作振动不匹配结构的固有频率，以便避免固有频率或共振频率。这样做是为了防止对结构的损坏，因为共振频率可将机械能聚集到结构的特定位置或部分中，并且超过结构的在该位置处的材料强度，从而可能导致损坏或故障。被用来制造部件的示例性的材料包括但不限于被用来制造天线杆、变速器支架、着陆装置等的材料。振动力可由引擎、电动马达等的运动、以及甚至声波引起。虽然振动偶尔可具有期望的结果，但是在大多数情况下，期望抵抗或基本上消除大部分的振动力，或者以其它方式将材料载荷路径进行重定向，以保持材料和/或结构的结构整体性。受此问题影响的一种类型的交通工具(vehicle)是飞行器(航空器，aircraft)，诸如旋翼飞行器(例如，诸如直升机等的旋翼飞机)。旋翼飞机
经常经受剧烈振动环境。振动级基于诸如转子速度、环境因素和有效载荷的因素而变化。在旋翼飞机的领域，附加的振动力可经由转子的转动操作而被引导到旋翼飞机。若置之不理，旋翼飞机、或其它大的运动的或固定的结构中的振动可在包括飞行器的部件和材料中加速结构性疲劳。例如，旋翼飞机机身的固有频率可由飞行周期期间出现的不同因素激发，所述飞行周期包括但不限于：着陆、起飞、颠簸、转子的移动重心(shifting center of gravity)等。如果机身材料的固有频率接近于转子的转动速率，则振动可被放大，并且振动增加到超过被用来制造部件的材料的强度的水平，所述部件包括但不限于天线杆、变速器支架、着陆装置等。进而，振动级经常确定或限制给定旋翼飞行器的尺寸和重量，或限制在工作期间的转子速度。为了处理这些问题，现有的旋翼飞机机身经常通过向结构增加质量而被加强，以避免不期望的振动频率(例如共振)。在旋翼飞机的情况下，增加的质量可以很大(例如达到或超过数百镑)。改进的载荷支承材料可有助于解决此问题，但是通常凭借它们自身不能允许振动调节质量的减少。此外，添加寄生重量(parasitic weight，补充重量)可限制飞行器的速度和有效载荷能力，因为通常认为更期望的是具有更轻质量的飞行器，以允许更大的有效载荷和/或实现更高的燃料效率。除了增加重量的选择之外，用于避免固有频率或共振频率的另一方法是仅在特定工作范围内操作交通工具，从而使得仅特定的振动频率是可能的。但是，该方法限制了交通工具的效用。本申请涉及上述问题中的一个或多个。用于避免旋翼飞机上的结构临界频率的装置、系统和方法将是有利的，所述装置、系统和方法没有明显增加旋翼飞机的超重，或者所述装置、系统和方法将允许与振动力的预期无关地进行旋翼飞机的设计。
技术实现思路
根据一个方面，本公开涉及一种用于改变结构的刚度的方法，该方法包括激活结构中的多层系统的步骤。多层系统至少包括：1)第一层，包括嵌入有纳米颗粒的粘合剂，粘合剂具有第一模量值，并且纳米颗粒在第一定向上定向；2)第二层，邻近于第一层，第二层包括光激活系统；以及3)能量输入部，与能量源连通，并且能量输入部还与第一粘合剂层连通。光激活系统在第二层中被激活以在第二层中产生光。将由第二层产生的光引导到第一层。将粘合剂的第一模量值改变成第二模量值。经由能量输入部将能量从能量源传递到第一层，并且将第一层中的纳米颗粒的定向可预见地改变成在第二定向上定向。在进一步的方面中，响应于振动力执行该方法。在进一步的方面中，将多层系统设置成与结构接触。在另一方面中，粘合剂包括超分子粘合剂化合物。在另一方面中，粘合剂包括金属超分子(metallosupramolecular)粘合剂化合物。在又一方面中，超分子粘合剂化合物包括端尾部具有2,6双(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配体的远鳌聚(乙烯-共-丁烯)。在再一方面中，纳米颗粒包括含金属的纳米颗粒、含金属氧化物的纳米颗粒、碳纳米管(CNTs)、氮化硼纳米管(BNNTs)、以及其组合。在又一方面中，能量源是电能量源。在进一步的方面中，能量源是磁能量源和/或电-磁能量源。在更进一步的方面中，第二层包括纤维光学成分。在另一方面中，纤维光学成分被交织到基质中。在又一方面中，基质包括碳纤维、玻璃纤维、以及其组合。在更进一步的方面中，第二层包括LED阵列。在另一方面中，能量输入部控制提供至第一层的能量的量。在进一步的方面中，基于通过能量输入部提供至第一层的能量的量而使纳米颗粒在预定定向上重新定向。在进一步的方面中，纳米颗粒被理解为被重新定向至第二定向。在另一方面中，提供至第一层的能量改变定向，或按需求使纳米颗粒的至少一部分重新定向。在进一步的方面中，优选地在激活第二层以产生光的步骤之前，通过经由振动传感器感测结构中的振动而在结构中监测振动，传感器与所述结构连通，并且传感器能产生信号。将来自于传感器的信号发送到检测器，检测器与传感器连通，并且由检测器接收由传感器发送的信号，其中检测器与第二层连通。在进一步的方面中，所述结构是固定结构。在另一方面中，所述结构是交通工具。在又一方面中，所述交通工具从包括以下项目的组中选择：有人驾驶飞行器、有人驾驶飞船、有人驾驶旋翼飞机、无人驾驶飞行器、无人驾驶飞船、无人驾驶旋翼飞机、有人驾驶陆地交通工具、无人驾驶陆地交通工具、有人驾驶表面和/或次表面水上交通工具、无人驾驶表面和/或次表面水上交通工具、以及其组合。在进一步的方面中，第一层包括多个区域，并且在第一层的至少第一区域中选择性地改变纳米颗粒的定向。在进一步的方面中，响应于由传感器感测到的信号而选择性地改变纳米颗粒的定向。在又一方面中，本公开涉及一种多层结构，其包括：第一层，包括嵌入有纳米颗粒的粘合剂，粘合剂具有第一模量值，并且纳米颗粒处于第一定向；第二层，邻近于第一层，第二层包括光激活系统；能量输入部，与能量源连通，能量源与第一层连通。在进一步的方面中，第一模量值按需求而改变。在进一步的方面中，粘合剂包括超分子粘合剂。在另一方面中，粘合剂包括金属超分子粘合剂化合物。在另一方面中，超分子粘合剂包括包含端尾部具有2,6双(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配体的远鳌聚(乙烯-共-丁烯)的化合物。在再一方面中，纳米颗粒包括含金属的纳米颗粒、含金属氧化物的纳米颗粒、碳纳米管(CNTs)、氮化硼纳米管(BNNTs)、以及其组合。在进一步的方面中，能量源从包括以下项目的组中选择：电能量源、磁能量源、电-磁能量源、以及其组合。在更进一步的方面中，第二层包括纤维光学成分。在进一步的方面中，纤维光学成分交织到基质中。在又一方面中，基质包括碳纤维、玻璃纤维、以及其组合。在又一方面中，能量输入部控制提供至第一粘合剂层的能量的量。在另一方面中，提供至第一层的能量的量能预见地使第一层中的纳米颗粒重新定向。在另一方面中，提供至第一粘合剂层的能量按需求改变纳米颗粒的定向。在进一步的方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于改变结构的刚度的方法，包括以下步骤：激活所述结构中的多层系统，所述多层系统包括：第一层，包括嵌入有纳米颗粒的粘合剂，所述粘合剂具有第一模量值，并且所述纳米颗粒在第一定向上定向；第二层，邻近于所述第一层，所述第二层包括光激活系统；以及能量输入部，与能量源连通，并且所述能量输入部与所述第一层连通；在所述第二层中产生光；将由所述第二层产生的光引导到所述第一层；将所述粘合剂的模量从所述第一模量值改变到第二模量值；经由所述能量输入部将能量从所述能量源传递到所述第一层；以及改变所述第一层中的所述纳米颗粒的定向。

【技术特征摘要】
2015.06.15 US 14/739,1281.一种用于改变结构的刚度的方法，包括以下步骤：激活所述结构中的多层系统，所述多层系统包括：第一层，包括嵌入有纳米颗粒的粘合剂，所述粘合剂具有第一模量值，并且所述纳米颗粒在第一定向上定向；第二层，邻近于所述第一层，所述第二层包括光激活系统；以及能量输入部，与能量源连通，并且所述能量输入部与所述第一层连通；在所述第二层中产生光；将由所述第二层产生的光引导到所述第一层；将所述粘合剂的模量从所述第一模量值改变到第二模量值；经由所述能量输入部将能量从所述能量源传递到所述第一层；以及改变所述第一层中的所述纳米颗粒的定向。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合剂包括以下项目中的至少一个：超分子粘合剂化合物；金属超分子粘合剂化合物；端尾部具有2,6双(1’-甲基苯并咪唑)-吡啶配体的远鳌聚(乙烯-共-丁烯)。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米颗粒包括含金属的纳米颗粒、含金属氧化物的纳米颗粒、碳纳米管、氮化硼纳米管、以及其组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量源包括以下项目中的至少一个：电能量源、磁能量源、电-磁能量源、以及其组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二层包括纤维光学成分，所述纤维光学成分交织到基质中。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基质包括碳纤维、玻璃纤维、以及其组合。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二层进一步包括LED阵列。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤中的至少一个：基于通过所述能量输入部提供至所述第一层的能量的量而使所述纳米颗粒在预定定向上重新定向；通过经由振动传感器感测所述结构中的振动而监测所述结构中的振动，所述振动传感器与所述结构连通，并且所述振动传感器能产生信号，将来自于所述振动传感器的信号发送到与所述振动传感器连通的检测器，并且由所述检测器接收所述振动传感器的信号，所述检测器与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：索菲娅·A·孙佐瓦，克里斯托弗·J·费尔克，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US