【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及力学超结构领域，尤其涉及一种可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构。
技术介绍
1、力学超结构具备优异的力学性能，在地面运载装备、船舶、军事武器以及航空航天特种装备中的应用潜能逐渐被开发和实施。其中，对于低频减振的性能需求，通常使用可恢复大变形的弹性材料或几何特征设计减振力学超结构，对于高速冲击吸能的性能需求，通常使用可塑性变形的耗能材料或几何特征设计吸能力学超结构。当前，力学超结构主要集中于单一性能的低频减振或冲击吸能设计，不满足工程装备中的多工况多功能服役需求。另外，现有的力学超结构主要通过一体化制造技术成型，在不同场景下应用切换需进行重新独立定制制造，由此带来的制造成本高、结构单一等问题亟待解决。
2、为有效解决以上问题，充分发挥力学超结构的振动减振或冲击吸能特性，降低制作成本，本专利技术提出了一种可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，以期望用于工程装备中的健康防护领域。
技术实现思路
1、本专利技术目的是针对上述问题，提供一种结构简单、可随意组合的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，所述自组装力学超结构由若干个超结构周期胞元在横向、纵向方向上自由组合构成；所述超结构周期胞元包括多边形薄壁结构模块、上弯梁接口模块、下接口模块，上弯梁接口模块、下接口模块分别设置在多边形薄壁结构模块的上下两端
4、进一步的，所述多边形薄壁结构模块包括固定件、外凸件，固定件与外凸件一体成型，外凸件有四个且四个外凸件环绕固定件外周设置，相邻外凸件外侧壁与固定件外侧壁之间形成缩口凹槽；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，超结构周期胞元中的外凸件与横向相邻超结构周期胞元中的缩口凹槽通过嵌锁模式连接。
5、进一步的，所述固定件呈上下两端开口的空心矩形柱状，外凸件与固定件等高设置且四个外凸件设置在固定件的四个外侧壁棱角位置；所述外凸件由第一三棱壳体、第二三棱壳体组合构成，第一三棱壳体、第二三棱壳体均呈一侧开口的三棱柱管体状且第一三棱壳体、第二三棱壳体与固定件等高设置，第一三棱壳体的开口端一侧与固定件的一侧侧壁相连接，第二三棱壳体的开口端一侧与固定件的另一侧侧壁相连接，第一三棱壳体的开口端另一侧与第二三棱壳体的开口端另一侧相连接；外凸件的第二三棱壳体外侧壁与相邻外凸件的第一三棱壳体外侧壁以及固定件外侧壁合围构成缩口凹槽；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，超结构周期胞元中外凸件的第二三棱壳体在固定件的高度方向上滑动嵌入横向相邻超结构周期胞元中的缩口凹槽内。
6、进一步的，所述第一三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第一三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁相平行，第二三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第二三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁相平行；第一三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第一三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁之间的间距小于第二三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第二三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁之间的间距。
7、进一步的，所述上弯梁接口模块包括支撑梁、母接头，母接头位于固定件的中心位置上方，母接头四周连接有支撑梁并通过支撑梁与固定件的顶端固定连接。
8、进一步的，所述支撑梁为十字交叉曲面梁，支撑梁由两条余弦梁正交构成，余弦梁连接在固定件顶端的对角线上，两条余弦梁的相交位置连接母接头。
9、进一步的，所述余弦梁受载时，力与位移的关系满足关系式：
10、
11、其中，e为弹性模量，i为惯性矩，x为所产生的压缩位移，δ为余弦梁截面厚度，h为初始时刻余弦梁轴线中点距两端点连线的垂直距离，l为余弦梁跨度。
12、进一步的，所述母接头为矩形柱体结构，矩形柱体顶端设置有端口口径小、内部口径大的卡接凹槽并通过卡接凹槽与下接口模块卡合连接。
13、进一步的，所述下接口模块包括面板、公接头，面板固定连接在固定件底端，公接头位于面板底端中心位置。
14、进一步的，所述公接头呈靠近面板的一端外径小、远离面板的一端外径大的圆柱结构，公接头中部位置设置有纵向贯穿公接头的弹性间隙，公接头远离面板一端的外径大于卡接凹槽的端口口径；当若干个超结构周期胞元在纵向方向上组合时，位于上方超结构周期胞元中的公接头挤压插入位于下方超结构周期胞元中的卡接凹槽内并在公接头的弹性作用下与卡接凹槽卡合连接。
15、与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：
16、1、本专利技术通过多边形薄壁结构模块与上弯梁接口模块相结合的设计，使得整个结构兼具低频减振与动态冲击吸能特性，相较于传统单一功能力学超结构具有功能优势；
17、2、本专利技术中自组装力学超结构在空间域内横、纵向方向可实现快速自锁装配，其可在空间任意维度进行多尺度拓展，适用于不同特殊场景工况，相较于传统一体成型力学超结构具有应用广泛性优势；
18、3、本专利技术中的自组装力学超结构具备高度离散化和自锁稳定性，可实现材料、几何属性依据功能需求多样化性能定制设计，有利于降低制造成本，相较于传统一体成型力学超结构具有制造优势。
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1.可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述自组装力学超结构由若干个超结构周期胞元在横向、纵向方向上自由组合构成；所述超结构周期胞元包括多边形薄壁结构模块、上弯梁接口模块、下接口模块，上弯梁接口模块、下接口模块分别设置在多边形薄壁结构模块的上下两端；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，横向相邻超结构周期胞元中的多边形薄壁结构模块相互卡合连接，当若干个超结构周期胞元在纵向方向上组合时，位于上方超结构周期胞元中的下接口模块与位于下方纵向相邻超结构周期胞元中的上弯梁接口模块卡合连接。
2.如权利要求1所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述多边形薄壁结构模块包括固定件、外凸件，固定件与外凸件一体成型，外凸件有四个且四个外凸件环绕固定件外周设置，相邻外凸件外侧壁与固定件外侧壁之间形成缩口凹槽；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，超结构周期胞元中的外凸件与横向相邻超结构周期胞元中的缩口凹槽通过嵌锁模式连接。
3.如权利要求2所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述固
4.如权利要求3所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述第一三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第一三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁相平行，第二三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第二三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁相平行；第一三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第一三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁之间的间距小于第二三棱壳体远离固定件的一侧侧壁与该第二三棱壳体所连接的固定件一侧侧壁之间的间距。
5.如权利要求2所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述上弯梁接口模块包括支撑梁、母接头，母接头位于固定件的中心位置上方，母接头四周连接有支撑梁并通过支撑梁与固定件的顶端固定连接。
6.如权利要求5所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述支撑梁为十字交叉曲面梁，支撑梁由两条余弦梁正交构成，余弦梁连接在固定件顶端的对角线上，两条余弦梁的相交位置连接母接头。
7.如权利要求6所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述余弦梁受载时，力与位移的关系满足关系式：
8.如权利要求5所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述母接头为矩形柱体结构，矩形柱体顶端设置有端口口径小、内部口径大的卡接凹槽并通过卡接凹槽与下接口模块卡合连接。
9.如权利要求2所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述下接口模块包括面板、公接头，面板固定连接在固定件底端，公接头位于面板底端中心位置。
10.如权利要求9所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述公接头呈靠近面板的一端外径小、远离面板的一端外径大的圆柱结构，公接头中部位置设置有纵向贯穿公接头的弹性间隙，公接头远离面板一端的外径大于卡接凹槽的端口口径；当若干个超结构周期胞元在纵向方向上组合时，位于上方超结构周期胞元中的公接头挤压插入位于下方超结构周期胞元中的卡接凹槽内并在公接头的弹性作用下与卡接凹槽卡合连接。
...【技术特征摘要】
1.可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述自组装力学超结构由若干个超结构周期胞元在横向、纵向方向上自由组合构成；所述超结构周期胞元包括多边形薄壁结构模块、上弯梁接口模块、下接口模块，上弯梁接口模块、下接口模块分别设置在多边形薄壁结构模块的上下两端；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，横向相邻超结构周期胞元中的多边形薄壁结构模块相互卡合连接，当若干个超结构周期胞元在纵向方向上组合时，位于上方超结构周期胞元中的下接口模块与位于下方纵向相邻超结构周期胞元中的上弯梁接口模块卡合连接。
2.如权利要求1所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述多边形薄壁结构模块包括固定件、外凸件，固定件与外凸件一体成型，外凸件有四个且四个外凸件环绕固定件外周设置，相邻外凸件外侧壁与固定件外侧壁之间形成缩口凹槽；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，超结构周期胞元中的外凸件与横向相邻超结构周期胞元中的缩口凹槽通过嵌锁模式连接。
3.如权利要求2所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征在于：所述固定件呈上下两端开口的空心矩形柱状，外凸件与固定件等高设置且四个外凸件设置在固定件的四个外侧壁棱角位置；所述外凸件由第一三棱壳体、第二三棱壳体组合构成，第一三棱壳体、第二三棱壳体均呈一侧开口的三棱柱管体状且第一三棱壳体、第二三棱壳体与固定件等高设置，第一三棱壳体的开口端一侧与固定件的一侧侧壁相连接，第二三棱壳体的开口端一侧与固定件的另一侧侧壁相连接，第一三棱壳体的开口端另一侧与第二三棱壳体的开口端另一侧相连接；外凸件的第二三棱壳体外侧壁与相邻外凸件的第一三棱壳体外侧壁以及固定件外侧壁合围构成缩口凹槽；当若干个超结构周期胞元在横向方向上组合时，超结构周期胞元中外凸件的第二三棱壳体在固定件的高度方向上滑动嵌入横向相邻超结构周期胞元中的缩口凹槽内。
4.如权利要求3所述的可多尺度拓展的振动减振与冲击吸能自组装力学超结构，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐翔，张文惠，王昕，刘航，郭慧洁，李肖杰，刘洋洋，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：
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