[发明专利]一种基于三维金属打印技术的弹性超结构减振器

说明书

本发明提供了一种基于三维金属打印技术的弹性超结构减振器，包括由棒‑球结构按照三维四方晶格排列组成的单胞结构，所述单胞结构在三维空间周期性排列；所述单胞结构包括六个半球，每两个半球球底相对且共轴线，两个半球的半球面均关于共轴线垂直，三个共轴线两两垂直且相交于一点，相邻两个半球通过连接棒连接。所述弹性超材料减振器采用电弧增材制造方式完成结构件的成形制造，可以有效调控能量的传播，具备优越的减振效果。

技术领域

本发明属于弹性超结构材料领域，尤其涉及一种基于三维金属打印技术的弹性超结构减振器。

背景技术

在传统的弹性波减振器件中，拓宽带隙和提高减振效率一直是研究人员关注的焦点。然而，由于传统减振材料在带隙方面的不可调控性，大部分弹性波减振器件可适用环境范围小，且带隙偏窄，无法满足复杂的服役环境的需求。因此，宽带隙以及灵活可调控一直是弹性波减振器件需要解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于三维金属打印技术的弹性超结构减振器。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于三维金属打印技术的弹性超结构减振器，包括由棒-球元胞按照四方晶格排列组成的单胞结构，所述单胞结构在三维空间周期性排列；所述单胞结构包括六个半球，每两个半球球底相对且共轴线，两个半球的半球面均关于共轴线垂直，三个共轴线两两垂直且相交于一点，相邻两个半球通过连接棒连接。

进一步地，所述单胞结构中，相邻两个半球通过连接棒连接时，连接棒两端的延长线分别通过两个半球的球心。

进一步地，所有连接棒为圆柱形状，且长度相同。这样的设计使得六个半球的半球面形成的围合面是正方体的六个面。

上述单胞结构的设计使得单胞结构各向同性，由该单胞结构在三维空间周期性排列获得的弹性超结构减振器能够实现对弹性波振动信号的有效隔离。

进一步地，单胞结构的晶格常数记为a，单胞结构的半球半径为0.33a，连接棒半径为0.033a，连接棒的长度为0.7a。

进一步地，超材料单胞结构的晶格常数为a＝0.3m。

采用第一性原理来求解弹性波波动方程，获得弹性波超结构减振器的单胞结构在倒格矢空间中的能带分布；在第一性原理求解过程中，选取最优带隙的超材料单胞结构的晶格常数，通过棒-球结构之间的耦合强度的精心调控，实现了声超材料的超宽带隙设计。

进一步地，所述单胞结构的半球和连接棒均为铝合金，铝合金的材料参数为密度3900Kg/m³，杨氏模量80e9Pa，泊松比0.30。

进一步地，所述减振器在三维空间的结构厚度为大于等于3个周期的单胞结构，平面内单胞结构排列周期大于等于5×5。

由于所述弹性超结构减振器由弹性模量和密度以及结构周期性变化的散射体组成，这种具有平移周期性的晶格结构会导致弹性能量因布拉格散射而呈带状分布。对应于带隙频率的弹性能量被材料吸收，不能在材料中传播。使用这种材料可以有效地控制声波的传播，实现在超宽带隙范围内对弹性波振动信号的有效隔离。

进一步地，所述减振器在三维空间的结构厚度为3个周期的单胞结构，平面内单胞结构排列周期为6×6。

进一步地，所述超材料减振器采用电弧增材制造方式完成结构件的成形制造，电弧起弧后，送丝机根据设定的送丝速度同步送进铝合金丝材，机床根据控制系统的指令按点、线、面和体的方式完成超材料减振器的成形。

进一步地，在第一性原理求解过程中，为了保证计算精度，计算过程中最大网格尺寸为晶格常数a的1/10。三维模型约有500000个自由度。

有益效果：