一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器制造技术

本发明专利技术提出了一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器，包括上侧钢板、中间钢板、3D打印拉胀超材料、下侧钢板。中间钢板位于上侧钢板和下侧钢板中间，3D打印拉胀超材料共两块，分别位于上侧钢板与中间钢板之间、下侧钢板和中间钢板之间。其中，3D打印拉胀超材料由众多拉胀结构单元组合而成，其采用3D打印聚氨酯粉末，通过激光烧结方式打印成型。并与钢板在合适的温度下硫化而成。3D打印拉胀超材料可以通过智能拓扑优化特性调整组成晶格单元的孔洞尺寸和壁厚，以调整阻尼器机械性能、阻尼及刚度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器


[0001]本专利技术属于结构控制领域与增材制造
，具体涉及一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器。

技术介绍

[0002]黏弹性阻尼器由于其在大小变形下都具有很好的减震效果，因而在高层建筑抗震(振)中应用广泛。其构成主要为钢板和黏弹性材料两部分，而黏弹性材料则是减振控制的核心。现有研究表明，框架式结构在地震作用下破坏部位主要位于梁柱节点，而针对此问题，有专家学者提出了一种节点黏弹性阻尼器。将该种阻尼器安装在节点处，可以更好地保护节点，并减少占用的建筑空间。但是，黏弹性阻尼器本身都具有一定的刚度，安装在节点处的黏弹性阻尼器，在一定程度上会增加框架结构节点刚度，虽在地震导致的层间位移方面具有很好的限制效果，但是对于框架结构的加速度方面控制效果却不明确，甚至可能会增大结构的加速度，而影响建筑的安全使用。
[0003]据文献可知，部分节点型黏弹性阻尼器对结构的振动控制效果仅体现在层间位移和层间剪力方面，对结构加速度方面的抑制尚未提及，存在控制效果不明确、或者抑制效果不佳等问题。其原因可能与阻尼器所使用阻尼材料刚度偏大有关。上述阻尼器所用材料通常为普通橡胶材料。普通橡胶材料存在机械性能不足、减震效果不可控等问题。
[0004]3D打印拉胀超材料则具有普通橡胶不具备的力学性能，如高能量吸收效能和可控制的机械行为。将拉胀超材料应用于节点阻尼器的设计，不仅可以大大提高节点的减震性能，而且能够解决传统橡胶阻尼器大变形能力、低固有频率、长使用寿命等不足的技术难题，具有十分重要的意义。因此，研发一种基于3D打印拉胀超材料黏弹性阻尼器，以更加快速、智能化实现复杂结构阻尼装置的生产，并易于调节阻尼器参数，然后使之应用于振动控制领域当中。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提供了一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器。
[0006]为实现上述目的，提供如下技术方案：
[0007]一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器，其特征在于：包括上侧钢板(1)、中间钢板(2)、3D打印拉胀超材料(3)、下侧钢板(4)；所述中间钢板(2)位于上侧钢板(1)和下侧钢板(4)中间；3D打印拉胀超材料(3)有两块，一块位于上侧钢板(1)与中间钢板(2)之间，另一块位于下侧钢板(4)和中间钢板(2)之间；中间钢板(2)长边与上侧钢板(1)和下侧钢板(4)的长边的夹角呈直角。
[0008]进一步的，所述3D打印拉胀超材料(3)由众多拉胀结构单元(5)组成。
[0009]更进一步的，所述拉胀结构单元(5)通过3D打印的方式制作而成，并将众单元逐层打印成型，构成黏弹性材料层。
[0010]进一步的，所述3D打印拉胀超材料(3)为3D打印聚氨酯材料，通过激光烧结的方式逐层打印成型。
[0011]有益效果：
[0012]本专利技术提供了一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器，其属于节点阻尼器的一种，具有所占空间小、对建筑节点有较好的保护等优势。同时本专利技术耗能材料为3D打印产品，可以实现耗能材料制作的多样化、快速化和精准化。传统的橡胶制作为减材制造，需要传统的刀具、夹具和轧辊机，容易造成原材料和橡胶成品的极大浪费。而本专利技术提出的3D打印拉胀超材料则通过三维CAD数据处理和逐层累加，在一台设备上快速而精确的制造出来。可以很好地控制成本，减少不必要的浪费。该专利技术符合“中国制造2025”国家战略计划，可进一步提升结构振动控制领域的智能化和数字化建造水平。
[0013]进一步的，拉胀结构具有良好的能量吸收性。普通橡胶节点型黏弹性阻尼器会加大建筑节点刚度，导致对于框架结构在地震作用下的减震控制效果不明确甚至有可能放大加速度。拉胀结构单元的黏弹性材料层由于孔隙的存在，相比于基于传统橡胶的黏弹性阻尼器，其动力性能可根据实际工况进行调节。同时，基于3D打印的智能化特性，通过调整软件中所设计的拉胀晶格单元的开孔尺寸和壁厚，然后对其进行拓扑优化，使得3D打印产物动力特性可以随着所设计的样式变化而变化，从而得到所需要的黏弹性阻尼器刚度和阻尼等动力参数目标值。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的结构示意图；
[0015]图2为本专利技术的3D拉胀超材料材料层图；
[0016]图3为本专利技术的拉胀晶格单元三维视图；
[0017]图4为本专利技术的拉胀晶格单元前视图和平面图；
[0018]图5为本专利技术的拉胀晶格结构单元剖分图；
[0019]图中有：1
‑
上侧钢板；2
‑
中间钢板；3
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3D打印拉胀超材料；4
‑
下侧钢板；5
‑
拉胀晶格单元。
具体实施方式
[0020]下面将结合示意图对本专利技术进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0021]实施例如图1～5所示，本专利技术提供的一种基于3D打印拉胀超材料黏弹性阻尼器，包括上侧钢板、中间钢板、3D打印拉胀超材料、下侧钢板。
[0022]中间钢板位于上侧钢板和下侧钢板中间。3D打印拉胀超材料有两块，一块位于上侧钢板与中间钢板之间，另一块位于下侧钢板和中间钢板之间。中间钢板长边与上侧钢板和下侧钢板的长边的夹角呈直角。
[0023]所述3D打印拉胀超材料由众多拉胀结构单元组成。拉胀结构单元通过3D打印的方式制作而成，并将众单元整体打印成型，构成耗能材料层。其中，3D打印拉胀超材料为3D打
印聚氨酯粉末，通过激光烧结的方式逐层打印并使之成型。
[0024]在本实施例中，拉胀结构单元为箱型立体结构，在结构的各拐角都有一定的圆弧角度。其中，单元体下表面(与钢板的连接面)面积大于相对的单元体上表面(与另外单元的连接面)，以增大与钢板的接触面积进而提高粘结效果。在结构单元各面中心都有圆柱形开孔并贯穿单元体，形成具有空心结构的箱型立体结构单元。
[0025]所采用黏弹性材料为3D打印拉胀超材料，其基体材料为聚氨酯粉末，基本属性：密度为1.21g/cm3；成型粉包密度为0.5g/cm3；拉伸延长率大于350％；颗粒尺寸D50为65μm；抗拉强度和邵氏硬度分别为20MPa和85～90A；材料熔点为160～170℃。
[0026]本专利技术所提出的黏弹性阻尼器为一种节点型阻尼器，其安装在框架结构梁柱节点处，通过地震或风振作用下节点处的梁柱相对变形，引起阻尼装置钢板发生转动位移，进而带动黏弹性阻尼器的3D打印拉胀超材料发生剪切变形，从而发挥阻尼器的阻尼耗能特性，吸收传输到建筑结构中的能量并耗散，以此保护框架结构。
[0027]本专利技术附图中所示的仅为本专利技术的实施方式之一，实际的3D打印减震结构并不局限于为图中所示，3D打印拉胀超材料的层数亦不限两层，黏弹性阻尼材料的种类亦不限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印拉胀超材料的黏弹性阻尼器，其特征在于：包括上侧钢板(1)、中间钢板(2)、3D打印拉胀超材料(3)、下侧钢板(4)；所述中间钢板(2)位于上侧钢板(1)和下侧钢板(4)中间；3D打印拉胀超材料(3)有两块，一块位于上侧钢板(1)与中间钢板(2)之间，另一块位于下侧钢板(4)和中间钢板(2)之间；中间钢板(2)长边与上侧钢板(1)和下侧钢板(4)的长边的夹角呈直角。2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印拉胀超...

【专利技术属性】
技术研发人员：许俊红，朱哲雨，李爱群，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：