基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，由单晶胞阵列组成，其中单晶胞由两个半晶胞组成，半晶胞由支撑架、下直筒、薄壳和上直筒组成；所述上直筒顶部与支撑架连接；上直筒底部与薄壳顶部连接；所述薄壳底部与下直筒顶部连接；下直筒底部与滑块与支撑架连接。部与滑块与支撑架连接。部与滑块与支撑架连接。

【技术实现步骤摘要】
基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置


[0001]本技术涉及隔振装置，具体涉及基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置。

技术介绍

[0002]超材料(Metamaterials)是指由人工结构功能单元按照特定的空间排布构成的、具有超常宏观物理特性的人工复合材料。通过结构单元的周期性、准周期性或特殊点阵排布构造人工复合材料，实现自然材料无法实现或很难实现的特殊物理特性。由于超常的电磁、声、热、力等功能，超材料在隐身伪装、电子对抗、导航通讯、预警制导、成像识别等领域具有巨大的应用潜力，目前，一维准零刚度超材料的研究主要应用于声学，如低频禁带、波动衰减和吸声等。一维准零刚度超材料在隔振领域的应用研究较少，线性隔振理论表明，只有当系统的激励频率高于拒倍固有频率时，才有隔振效果。要实现低频隔振，可以通过增加质量或者减小刚度的方法，但是增加质量使得系统的制造成本增加，减小刚度会引起大的变形，系统容易变得不稳定。准零刚度隔振器具有高静低动的特性，高的静载支撑能力和低的动刚度，准零刚度隔振装置在不影响系统承载能力的前提下，利用正负刚度并联的原理降低了系统的动刚度，实现了低频隔振。但是大多数准零刚度隔振系统都是基于正负刚度元件并联的原理构成的，装配误差大、可靠性差和摩擦力较高，隔振性能不够理想。本技术设计了基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，利用自身的结构实现了正负刚度的并联，两个半晶胞上下对称构成单晶胞，单晶胞通过阵列构成了一维准零刚度超材料隔振装置，这种结构可靠性高，制造成本低，可以实现超低频隔振。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对大多数准零刚度隔振系统都是基于正负刚度元件并联的原理构成的，装配误差大、可靠性差和摩擦力较高，隔振性能不够理想等问题。本技术设计了基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，利用自身的结构实现了正负刚度的并联，两个半晶胞上下对称构成单晶胞，单晶胞通过阵列构成了一维准零刚度超材料隔振装置，这种结构可靠性高，制造成本低，可以实现超低频隔振。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现上述目的，本技术采取的技术方案是：基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，包括左右依次连接的n个相同的单晶胞单元，n≥1；每个单晶胞单元由两个半晶胞上下对称组成，每个半晶胞包括支撑台、下直筒、薄壳和上直筒；支撑台的顶部连接下直筒，下直筒连接薄壳，薄壳连接上直筒，上直筒连接支撑台的底部。
[0007]进一步的，所述支撑台为矩形结构，支撑台上部连接下直筒，下部连接上直筒。设置支撑台的目的是便于排列。
[0008]进一步的，所述下直筒为圆柱状结构，内部为空心。
[0009]进一步的，所述薄壳为圆锥状结构，内部为空心。
[0010]进一步的，所述上直筒为圆柱状结构，内部为空心。
[0011]进一步的，所述下直筒、薄壳和上直筒厚度相同，采用橡胶等超弹性材料，所述支撑台采用较硬的tpu材料，便于排列。
[0012](三)有益效果
[0013]本技术提供了基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，具备以下有益效果：
[0014](1)本技术通过薄壳的弯曲和压缩，可以使结构在压缩载荷下产生较大的变形，卸载后又能自发回到原来的位置。
[0015](2)本技术通过下直筒与上直筒之间薄壳的压缩和弯曲以及下直筒的向外延伸消耗外界的机械能，达到阻尼耗能的效果。
[0016](3)本技术通过结构的设计可以实现具有较大阻尼的效果，实现超低频隔振。可用于航空航天、船舶、军事、卫星等高精密仪器的超低频隔振中。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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；
[0018]图1为本技术中半晶胞结构示意图，a为主视图，b为左视图，c为俯视图，d为轴测图，半晶胞由支撑台、下直筒、薄壳和上直筒构成，如摘要附图所示。
[0019]图2为本技术中单晶胞结构示意图，a为主视图，b为左视图，c为俯视图，d为轴测图。
[0020]图3为本技术装置的立体结构示意图。
[0021]图中：支撑台(1)；下直筒(2)；薄壳(3)；上直筒(4)。
具体实施方式
[0022]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0023]如图1
‑
3所示，基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，包括左右依次连接的n个相同的单晶胞单元，n≥1；每个单晶胞单元由两个半晶胞上下对称组成，每个半晶胞包括支撑台(1)、下直筒(2)、薄壳 (3)和上直筒(4)；支撑台(1)的顶部连接下直筒(2)，下直筒(2)连接薄壳(3)，薄壳(3)连接上直筒(4)，上直筒(4)连接支撑台(1)的底部。
[0024]支撑台(1)为矩形结构，在其四个角处设有四个倒角便于排列；下直筒 (2)为圆柱状结构，内部为空心，一端连接支撑台(1)，另一端连接薄壳 (3)；薄壳(3)为圆锥状结构，内部为空心，一端连接下直筒(2)，另一端连接上直筒(4)；上直筒(4)为圆柱状结构，内部为空心，一端连接薄壳(3)，另一端与支撑台(1)连接。
[0025]本技术通过薄壳(3)的压缩和弯曲以及下直筒(2)的向外延伸消耗振动能量，达到阻尼耗能的效果，实现结构具有大的变形和吸声降噪的特性，可用于航空航天、船舶、军事、卫星等高精密仪器的超低频隔振中，具备自保护作用。
[0026]在进行结构设计时，首先确定了半晶胞的尺寸参数，使得半晶胞在平衡位置恰好实现零刚度，然后对半晶胞采用上下串联的方式构成单晶胞，这样结构就具有大变形，在受到振动后结构会产生大的变形抵抗外界的冲击和降噪吸声等，且在卸载后能回复到原来的集合状态。
[0027]本技术可通过结构设计满足高精密仪器的超低频隔振要求，使其结构的刚度可控，即随着压缩量的变化控制其刚度为零或者接近零实现准零刚度，可通过3D打印的方式制备。
[0028]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，其特征在于，包括左右依次连接的n个相同的单晶胞单元，n≥1；每个单晶胞单元由两个半晶胞上下对称组成，每个半晶胞包括支撑台(1)、下直筒(2)、薄壳(3)和上直筒(4)；支撑台(1)的顶部连接下直筒(2)，下直筒(2)连接薄壳(3)，薄壳(3)连接上直筒(4)，上直筒(4)连接支撑台(1)的底部。2.根据权利要求1所述的一种基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，其特征在于，所述支撑台(1)为矩形结构，在其四个角处设有四个倒角便于排列。3.根据权利要求1所述的一种基于弹性材料构成的一维准零刚度超材料非线性隔振装置，其特征在于，所述下直筒(2)为圆柱状结构，内部为空心，下直筒(2)的厚度与薄壳(3)的厚度相同；下直筒(2)一端连接支撑台(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：何波，黎乔胜，杨康，董志宇，吴少培，李国芳，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：新型
国别省市：