[发明专利]一种基于仿生蜂窝的阻尼结构

说明书

本发明涉及一种基于仿生蜂窝的阻尼结构，包括阻尼层和刚性约束层,其中，阻尼层采用具有仿生蜂窝构型的微结构形式；刚性约束层采用实心结构，为高刚度铝合金或钛合金或者碳纤维复合材料，阻尼层和刚性约束层粘接在一起，使用时再将其通过胶粘剂粘附在需要减振的结构上，当结构受到激励产生振动时，结构表面产生弯曲变形，粘附其上的阻尼材料在刚性约束层的限制下发生剪切变形，根据阻尼材料的损耗特性，机械振动的能量转化为热能耗散，从而起到振动抑制的效果。本发明在兼顾高刚度与低重量的条件下，对结构进行有效的振动抑制。

技术领域

本发明涉及一种基于仿生蜂窝的阻尼结构，属于被动阻尼减振技术领域。

背景技术

在航天领域中，板壳类结构形式由于其形式简单、传力连续、易于高刚度和轻量化设计等特点，被广泛应用在各类承力结构中。随着航天技术的发展，航天器正在朝着大型化、高精度、高稳定性的方向发展。对于大型结构，尤其是大尺寸的板壳结构，由于其自身阻尼小、辐射面积大、辐射效率高，因此在经受严苛的发射力学环境时，更容易产生振动，且需要较长时间才能衰减，导致结构稳定性不高的问题。

目前常用的振动抑制方法是在结构上施加具有实心约束阻尼层的阻尼结构，当结构受到振动产生变形时，阻尼结构可以使机械振动的能量转化为自身的热能耗散掉，从而达到降低振动响应的目的。但是阻尼材料模量低，为了满足刚度和阻尼的要求，阻尼材料通常施加较多，会导致结构重量大大增加，不符合高刚度、高轻量化、高阻尼的设计要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于仿生蜂窝的阻尼结构，在兼顾高刚度与低重量的条件下，对结构进行有效的振动抑制。

本发明解决技术的方案是：

一种基于仿生蜂窝的阻尼结构，包括阻尼层和刚性约束层,其中，阻尼层采用具有仿生蜂窝构型的微结构形式；刚性约束层采用实心结构，为高刚度铝合金或钛合金或者碳纤维复合材料，阻尼层和刚性约束层粘接在一起，使用时再将其通过胶粘剂粘附在需要减振的结构上，当结构受到激励产生振动时，结构表面产生弯曲变形，粘附其上的阻尼材料在刚性约束层的限制下发生剪切变形，根据阻尼材料的损耗特性，机械振动的能量转化为热能耗散，从而起到振动抑制的效果。

进一步的，阻尼层采用具有仿生蜂窝构型的微结构形式，单体胞元的截面为正六边形。

进一步的，底部为由三个相等菱形组成的锥形。

进一步的，优选每个菱形的钝角为109°28′。

进一步的，优选每个菱形的锐角为70°32′。

进一步的，阻尼层的胞元微结构阵列而成，高度方向为N层，上下两层底部锥面两两相交、相互嵌合。

进一步的，阻尼层采用具有仿生蜂窝构型的微结构形式，为高阻尼橡胶。

进一步的，刚性约束层采用实心结构，为高刚度铝合金材料。

进一步的，刚性约束层采用实心结构，为钛合金材料。

进一步的，刚性约束层采用实心结构，为碳纤维复合材料。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用了具有仿生蜂窝构型微结构的阻尼层，相比传统实心阻尼层，轻量化率高，在保证阻尼性能的前提下，可以大大减轻重量，阻尼效率更高；

(2)本发明采用的仿生蜂窝构型，胞元底部为锥形，相比于底部为平面的常规蜂窝构型，胞元底部的锥面能够增强抵抗侧向激励的能力，整体刚度更高，阻尼特性也更好；此构型同时兼顾了刚度和阻尼性能，是阻尼结构的一个优解；

(3)本发明胞元构型更有利于结构长、宽、高三个方向的拓展，尤其是高度方向，由于相交面为锥面，叠层拓展时锥面两两相交、相互嵌合，刚度和可靠性更好。