一种基于带孔空心杆的吸声承载一体化结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种吸声承载一体化结构及其制备方法，吸声结构，包括第一连接结点和与第一连接结点相连接的带孔空心杆，所述第一连接结点为实心结构，所述第一连接结点与带孔空心杆的连接部位通过弧面平滑过渡；所述第一连接结点和带孔空心杆组成吸声单元，一个所述吸声单元的带孔空心杆由第一连接结点轴向向前延伸，延伸至与另一吸声单元的第一连接结点连接或者延伸至与另一吸声单元的带孔空心杆相交形成第二连接结点；所述第二连接结点连接的带孔空心杆的数量不大于第一连接结点连接的带孔空心杆；其中，所述带孔空心杆包括杆体，所述杆体内部设有空腔，所述杆体上设有通孔，所述通孔与空腔连通，所述通孔与空腔构成Helmholtz共振腔。Helmholtz共振腔。Helmholtz共振腔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于带孔空心杆的吸声承载一体化结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及多功能空心点阵超材料领域，是一种吸声承载一体化结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]以车辆、航空器、航天器为代表的运载工具的发展对结构的力学性能提出了越来越高的要求。除了刚度、强度等传统承载性能要求外，重量和吸能性能是两个尤为重要的指标。
[0003]在传统的结构设计中，不同功能模块彼此分开，即一部分材料用来满足结构承载的性能要求，一部分材料用来满足防撞吸能要求，另一部分材料则用来满足隔热、隔振、降噪或电子屏蔽等要求。这种设计思路不利于运载工具轻量化的实现。为了满足航空、航天、车辆等运载工程的发展，需要研制同时满足多种功能要求的新型轻质材料，实现防撞吸能、轻量化功能结构一体化。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种吸声承载一体化结构及吸声承载一体化结构的制备方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
[0006]根据本专利技术的一个方面提供一种吸声结构，其特征在，包括第一连接结点和与第一连接结点相连接的带孔空心杆，所述第一连接结点为实心结构，所述第一连接结点与带孔空心杆的连接部位通过弧面平滑过渡；
[0007]所述第一连接结点和带孔空心杆组成吸声单元，一个所述吸声单元的带孔空心杆由第一连接结点轴向向前延伸，延伸至与另一吸声单元的第一连接结点连接或者延伸至与另一吸声单元的带孔空心杆相交形成第二连接结点；
[0008]所述第二连接结点连接的带孔空心杆的数量不大于第一连接结点连接的带孔空心杆，具体而言，在吸声结构边界处小于第一连接结点连接的带孔空心杆，在结构中心处等于第一连接结点连接的带孔空心杆；
[0009]其中，所述带孔空心杆包括杆体，所述杆体内部设有空腔，所述杆体上设有通孔，所述通孔与空腔连通，所述通孔与空腔构成Helmholtz共振腔。
[0010]对比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：第一连接结点、第二连接点实心化可以有效防止空心点阵在第一连接结点处发生的断裂，增强弯曲主导型空心点阵结构的承载能力，通孔还可以与空腔形成Helmholtz共振腔，具有优异的吸声降噪性能，从而实现集成力学
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声学于一体的多功能点阵结构超材料；
[0011]通过结合空心杆和实心第一连接结点、、第二连接点构造混合式空心点阵，提高结构承载性能；并在每根空心杆上打一通孔形成Helmholtz共振腔，产生优异的吸声性能，从而实现承载
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吸声多功能点阵结构超材料设计。具有制备方便、可靠性强、构型可调、适应范
围广等优点。
[0012]空心杆的空腔和通孔构成了一个Helmholtz共振腔，形成了声学超材料中常见的局域共振效应，当系统受到声波作用，通孔中的空气和空腔内空气形成协振系统，由通孔内空气有效质量和空腔内空气弹性组成的一维振动系统，因而对作用声波有共振现象，共振频率是式中f0是亥姆霍兹共振器的共振频率，c是声速，l和d是通孔的长度和直径，S是通孔的截面积，V是空腔的容积。当作用的声波频率与系统共振频率相同时发生共振。共振腔可将声能转化为内能，起到吸声的作用。
[0013]进一步的，所述第一连接结点、第二连接结点连接的带孔空心杆两两呈70.53
°
相交，所述第一连接结点和与其相连的带孔空心杆组成体心立方胞元，所述第一连接结点、第二连接结点与带孔空心杆的连接部位通过弧面平滑过渡。
[0014]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，实心连接结点与中部空心杆之间平滑过渡，配合空腔使得杆件中部到结点处截面形状逐渐过渡，可以避免截面突变，能够有效降低应力集中，有利于承载能力的提高。
[0015]进一步的，位于吸声结构边界上的所述第二连接结点，在结构边界上远离所述第一连接结点的一侧设有导角。
[0016]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，进一步避免截面突变造成的应力集中，有利于承载能力的提高。
[0017]进一步的，所述空腔包括圆柱形腔体，所述圆柱形腔体的两端连接有半球形腔体或半椭球形腔体。
[0018]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，每根杆中间形成一胶囊状的空腔，可通过调节其半长轴、半短轴大小来调整弧面曲率，有效降低应力集中。优选为半椭球形腔体，实心第一连接结点与中部空心杆之间平滑过渡，配合空腔使得杆件中部到第一连接结点处截面形状逐渐过渡，每根杆中间形成一胶囊状的空腔，可通过调节其半长轴、半短轴大小来调整弧面曲率，有效降低应力集中。
[0019]进一步的，所述杆体为圆柱形，所示杆体的直径2
‑
6mm，长度10
‑
18mm。
[0020]进一步的，所述通孔位于空腔的中部，所述通孔为圆形孔，所述通孔的直径为0.2
‑
1mm。
[0021]进一步的，所述体心立方胞元包括连接同一第一连接结点的8根带孔空心杆。
[0022]进一步的，所述第一连接结点与连接第一连接结点的带孔空心杆组成周期性结构。
[0023]采用上述进一步技术方案的有益效果在于，由第一连接结点和连接第一连接结点的杆件组成的周期结构材料，不同于泡沫、格栅等传统多孔材料，周期性结构为三维的有序点阵结构，连杆中间部位为空心，而在第一连接结点处为实心，强化了空心点阵在第一连接结点处的强度和刚度。
[0024]进一步的，所述周期性结构为中心对称结构或轴对称结构，位于最外侧的所述体心立方胞元上存有不与其他体心立方胞元相连接的带孔空心杆；
[0025]当周期性结构为中心对称结构时，不与其他体心立方胞元相连接的带孔空心杆向远离对称中心的方向延伸；
[0026]或者当周期性结构为轴对称结构时，不与其他体心立方胞元相连接的带孔空心杆位于对称轴上。采用上述进一步技术方案的有益效果在于：在不影响吸声结构在结点处的强度和刚度的同时，方便吸声结构在航空、航天、车辆等运载工具中广泛应用。
[0027]根据本专利技术的另一个方面提供一种吸声结构的制备方法，包括以下步骤，首先，铺一层粉末，激光束根据预设几何形状熔化或烧结粉末；
[0028]待粉末固化后，将下一层粉末根据预设几何形状覆盖在固化部分上，再进行激光熔化或烧结；
[0029]逐层累积成型制得吸声结构，其中，所述通孔中的空气和空腔内空气形成协振系统，由通孔内空气有效质量和空腔内空气组成的一维振动系统，对作用声波有共振现象，共振频率是式中f0是亥姆霍兹共振器的共振频率，c是声速，l和d是通孔的长度和直径，S是通孔的截面积，V是空腔的容积。
[0030]制得的吸声结构通过对体心立方点阵引入Helmholtz共振腔，优选的空腔包括圆柱形腔体，所述圆柱形腔体的两端连接有半球形腔体或半椭球形腔体形成胶囊状空心腔，胶囊状空心腔和保留实心第一连接结点来实现轻量化的同时增强空心点阵结构的承载能力，并通过在空心腔上增加通孔来实现优异的吸声降噪性能，形成力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸声结构，其特征在于，包括第一连接结点和与第一连接结点相连接的带孔空心杆，所述第一连接结点为实心结构，所述第一连接结点与带孔空心杆的连接部位通过弧面平滑过渡；所述第一连接结点和带孔空心杆组成吸声单元，一个所述吸声单元的带孔空心杆由第一连接结点轴向向前延伸，延伸至与另一吸声单元的第一连接结点连接或者延伸至与另一吸声单元的带孔空心杆相交形成第二连接结点；所述第二连接结点连接的带孔空心杆的数量不大于第一连接结点连接的带孔空心杆；其中，所述带孔空心杆包括杆体，所述杆体内部设有空腔，所述杆体上设有通孔，所述通孔与空腔连通，所述通孔与空腔构成Helmholtz共振腔。2.根据权利要求1所述的吸声结构，其特征在于，所述第一连接结点和与其相连的带孔空心杆组成体心立方胞元，所述第一连接结点、第二连接结点与带孔空心杆的连接部位通过弧面平滑过渡。3.根据权利要求2所述的吸声结构，其特征在于，位于吸声结构边界上的所述第二连接结点，远离所述第一连接结点的一侧设有导角。4.根据权利要求1所述的吸声结构，其特征在于，所述空腔包括圆柱形腔体，所述圆柱形腔体的两端连接有半球形腔体或半椭球形腔体。5.根据权利要求1所述的吸声结构，其特征在于，所述杆体为圆柱形，所示杆体的直径2
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6mm，长度10
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18mm。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，郭正淼，卞奕杰，赵金峰，李鹏飞，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：