[发明专利]一种智能阻尼孔

说明书

本发明是一种智能阻尼孔。它主要由石墨烯层和聚合物层组成。在液压阻尼系统中，当振动频率过高或工作时间过长时会使得油液温度上升而粘度下降，同时阻尼孔受热孔径变大，因此影响输出阻尼力。智能阻尼孔在油液粘度下降时能自动调节孔径变小，进而稳定输出阻尼力的大小。工作原理如下：石墨烯热膨胀系数为负，受热收缩孔径变小；聚合物层热膨胀系数为正，石墨烯层热量有效传递导致其热膨胀，用以避免与外壁之间的应力，维持结构稳定。在石墨烯层厚度大于聚合物层厚度的尺寸比例下，智能阻尼孔孔径随升温变小，从而保持系统输出阻尼力的稳定。本发明解决了油液高温带来的阻尼力下降或突变问题，应用智能材料，结构简单，性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种智能阻尼孔，在液压阻尼系统中工作时能自动调节孔径，尤其油液高温时保证阻尼力不骤降，输出稳定阻尼力。属于液压减振和智能结构领域。

背景技术

阻尼孔普遍应用于液压系统中，小小的阻尼孔在不同的场合发挥的不同的作用：稳定压力、减缓冲击、延迟响应等，在液压减振系统中起到提供压力差提供阻尼的作用。而一般阻尼系统在应用时常常会有这种情况：外界振动频率过高，或者工作时间过长，导致油液温度升高，油液粘度随之下降，从而输出阻尼力会下降，然而此时阻尼孔热胀冷缩使得孔径变大，会增加阻尼力下降的幅度，因此当工作环境导致油液粘度变化时，阻尼力也会突变如骤降，系统的减振效果变差。本发明主要涉及两种智能材料：1. 石墨烯材料，被发现以来对很多领域的应用研究产生了巨大的影响，它具有优良的机械性能、导电性、光热和电热转换性能，以及极高的热稳定性和优秀的导热性能，在室温下，其热传导率可以达到 5000W/m.K。石墨烯材料这些独特的性质使它们可作为能量转换元件，将电能、光和热量等外界刺激转化为机械变形。最重要的是石墨烯具有独特的负热膨胀系数，在相当宽的温度范围内显示出热收缩性能。这一特性是进行结构组装实现此智能阻尼器的关键因素。另外，第一，具有海绵状蓬松结构还原的氧化石墨烯内部波纹状的微腔充满气体，充当微型气囊，使其能够产生比石墨烯更大程度的热收缩，收缩系数可以达到-1.2E-4/℃，更加适合作为阻尼孔的内层。高分子聚合物材料，主要具有以下特性：具有较大的正热膨胀系数，如聚亚酰胺（Polyimide）的热膨胀系数约为1.7~3.0E-5/℃；耐高温，热稳定性高，例如聚酰亚胺是目前热稳定性最高的高分子聚合物，热分解温度可以达到约600℃，可以抵御-269℃的恶劣环境，保持稳定的性能；其他还有优良的机械性能、质量轻、易于加工、成本低廉等优点。在本发明中使用高分子聚合物材料（例如聚亚酰胺PI，2.8E-5/℃）作为智能阻尼孔的外层；选用还原的氧化石墨烯薄膜（线膨胀系数-1.2E-4/℃）作为内层，利用其热缩冷胀的和优秀的热传导性质诱导整体阻尼孔机械变形，实现智能控制。目前这种双层结构更多的用于智能驱动领域，将碳纳米材料和聚合物材料进行组装形成双层结构，其中碳纳米材料作为能量转换元件，聚合物作为结构元件，能够将外界的电能、光能等转化成为机械能输出。但将其作为智能阻尼结构领域还鲜有研究。对智能阻尼孔结构进行有限元仿真后发现，在上述膨胀系数材料基础上，内外层比例大于1时，且孔径与壁厚关系小于3/4时，能够实现孔径随温升变小的功能。且孔径变化与两层材料厚度之和之间的关系为：同样温升孔径变化程度随厚度之和增大而增大；孔径变化与两层厚度比例之间的关系为：同样温升孔径变化程度随内外层厚度之比增大而增大。本发明能实现自耦合智能控制，无需任何外部能源供应，因此适合用于液压阻尼系统的自适应控制领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能阻尼孔，它具有结构简单、性能稳定、应力极小、自耦和控制等特点。智能阻尼孔应用于液压系统中，当油液温度越高，内层材料具有热收缩性能，受热量刺激整个内层产生机械收缩。同时，由于内层材料具有极高的热传导率，两层之间又有良好的界面接触，在保证密封的基础上，热量有效地传递到聚合物材料外层导致其热膨胀，用以避免与外壁之间的应力，结构稳定，在一定尺寸下，智能阻尼孔孔径变小，从而达到系统输出阻尼力保持稳定的目的。本发明解决了在液压减振系统中由于油液高温，油液粘度下降同时普通流通孔材料热胀冷缩导致孔径变大，从而带来的阻尼力下降或突变问题，应用智能材料，结构简单，性能稳定。由于两种材料有相反的热膨胀系数，因此避免了与外壁之间的应力，结构稳定。