[发明专利]一种剪切增稠液体隔振器

说明书

一种剪切增稠液体隔振器，包括活塞液压缸、剪切增稠液体，所述剪切增稠液体分布于活塞液压缸内部；所述活塞液压缸包括活塞、缸体、前盖和后盖，活塞分为粗段和细段，活塞细段套置于缸体内部，前盖和后盖套置于活塞细段外部两端。本发明提供的隔振器结构简单，且可以通过调整结构参数和材料参数实现对隔振器性能的优化设计，适用于各种工程场景隔振应用。

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种剪切增稠液体隔振器。

背景技术

剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid，STF)是一种新型功能材料，这一材料是由纳米颗粒的分散相(如硅胶颗粒)和分散介质(如乙二醇、聚乙二醇)混合形成的悬浮液体，它在低剪切速率下非常容易变形，可像液体一样缓慢流动；在受到高速剪切时，一旦剪切速率达到临界速率，其表观粘度发生大幅度增大而变粘稠，甚至由液态转化为类固体。近年来，随着安全防护日益增长的需要，具有优异的能量衰减能力的剪切增稠液体作为方便实用的防护材料引起高度重视，正逐步应用于人体防护、吸能减振等领域。

工程上常采用隔振器来降低设备承受的振动量级以提升其环境适应性。阻尼是隔振器的重要特征参数之一，当激励频率接近系统固有频率时会引起系统共振，对于线性隔振系统，隔振器阻尼越大对共振峰放大的抑制效果越好，然而，当激励频率大于倍固有频率时，阻尼将对隔振性能带来不利影响。因此，线性隔振系统对隔振器阻尼的选择存在固有矛盾，减振器设计一般对共振峰放大和隔振性能进行折中设计，难以达到最优隔振效果。

发明内容

本发明提出了一种剪切增稠液体隔振器，当远离共振频率时，由于剪切速率减小，隔振器具有小阻尼特性；在共振区附近时，由于剪切速度增大，隔振器阻尼骤然增加，实现对共振峰的有效抑制；通过调整分散相质量分数、活塞直径、液压缸腔体长度进一步实现对共振峰抑制效果的有效控制。

一种剪切增稠液体隔振器，包括活塞液压缸、剪切增稠液体，所述剪切增稠液体分布于活塞液压缸内部；所述活塞液压缸包括活塞、缸体、前盖和后盖，活塞分为粗段和细段，活塞细段套置于缸体内部，前盖和后盖套置于活塞细段外部两端，通过活塞细段与剪切增稠液体的相对剪切运动产生剪切阻尼，共振时活塞细段和剪切增稠液体的相对剪切速度大于临界速度，因此阻尼系数骤然增大，实现对共振的抑制。

所述的剪切增稠液体隔振器，还包括弹簧、后端盖，所述弹簧和活塞液压缸并联，弹簧套置于缸体外部，并置于后端盖内部，弹簧与后端盖底部内壁面和活塞粗段接触。

所述的剪切增稠液体隔振器，还包括密封圈，前盖和缸体接触部分、前盖和活塞细段之间、后盖和缸体接触部分、后盖和活塞细段之间均布置密封圈。

所述剪切增稠液体的阻尼系数随振动速度变化的关系为

其中，c为阻尼系数，η₁是出现剪切增稠效果前剪切增稠液体的粘度，η₂是出现剪切增稠效果后剪切增稠液体的粘度，η₂η₁。r为活塞细段直径，R为缸体内径，l是缸体长度，v₀是临界振动速度。

本发明的有益效果如下：

(1)结构简单，且可以通过调整结构参数和材料参数实现对隔振器性能的优化设计，适用于各种工程场景隔振应用；

(2)建立了临界振动速度和临界剪切速率的关系，并基于上述关系，进一步建立了剪切增稠液体阻尼系数随振动速度变化的定量关系，一方面可用于指导剪切增稠液体隔振器隔振性能评估，另一方面可用于指导剪切增稠液体隔振器阻尼性能优化设计；

(3)通过调整分散相质量分数、活塞细段直径、缸体长度参数进一步抑制共振峰，为剪切增稠液体隔振器的尺寸、性能、成本等一体化设计及后续优化设计奠定基础。

附图说明