專利名稱：一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種阻尼減振結構，更特別的說，是指一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器。
背景技術：
在現代工業機械的研制和使用中，振動問題直接影響到設備的可靠性、安全性及性能實現，因此采取適當的振動控制措施具有重大的現實意義。隔振器的負泊松比特性由于對材料和機械性能有重大影響而在振動控制領域內備受關注。負泊松比特性是指材料或結構在受拉時在橫向(或長度方向)會發生膨脹，而受壓時在橫向(或長度方向)會發生收縮。隔振器對材料或結構力學性能的改善主要表現在 (I)高剪切模量負泊松比特性使得材料或結構將更容易發生壓縮變形與體積變形而難以發生剪切變形，從而較少了材料和結構的損傷；(2)抗沖擊性強具有負泊松比特性的材料或結構在受壓時會發生收縮，局部密度增大，強度增強，從而能更有效地抵抗沖擊；(3)斷裂韌性高負泊松比特性使得材料或結構的斷裂韌性受體積壓縮率的影 響，在壓縮狀態時，隨著體積壓縮率的增大其斷裂韌性也成倍提高；(4)抗缺口能力強當材料或結構在拉伸載荷下產生裂紋時，負泊松比特性會使裂紋處發生膨脹從而填補裂紋，避免裂紋的擴展；(5)抗損傷能力強具有負泊松比特性的材料或結構在受彎時會向外膨脹而不是向內收縮從而有效避免損傷的出現。目前研制出的具有負泊松比特性的材料或結構都屬于多孔性材料或結構，其自身強度與硬度較低，而若增強其強度和硬度，負泊松比特性就會消失，從而限制了這種具有負泊松比特性的材料或結構在航空、航天產品及武器裝備等具有較大振動、沖擊載荷環境下的應用。金屬橡膠是一種多孔的功能性結構阻尼材料，是由金屬絲經過選絲、繞絲、拉伸、編織和模壓成型等過程制作而成。因其宏觀上具有類似橡膠的大分子結構和彈性，又是全金屬制品，因此稱為“金屬橡膠”。金屬橡膠減振、隔振器依靠金屬絲間的相對滑移產生干摩擦耗散振動能量，達到阻尼減振的作用。因而廣泛應用在航空航天、武器裝備、交通運輸及民用建筑等各個領域。在振動控制方面它有兩個重要特點，一是高彈性，結構尺寸一定時金屬橡膠的剛度(彈性)也可在較大范圍內變化，即剛度可調；二是高阻尼，阻尼比系數一般能達到O. 2 O. 3 (—般鋼制彈簧為O. 06，天然橡膠為O. 22 O. 47)。除此之外，它還有重量輕，環境適應性強，孔隙度可控，易于成型等特點
發明內容
本發明是將金屬橡膠這一高阻尼結構材料與負泊松比結構特征相結合，通過多個單元體交錯排列構形得到具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器。本發明內空型金屬橡膠隔振器一方面利用金屬橡膠結構阻尼材料的良好阻尼性能，從而解決內空型金屬橡膠隔振器的振動疲勞和沖擊失效問題；另一方面通過交錯排列的結構設計所帶來的負泊松比特性從而提聞隔振器的抗沖擊載荷的能力。本發明是一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，該內空型金屬橡膠隔振器由多個結構相同的完整單元體(100)和多個結構相同的補給單元體(200)排列構成；所述補給單元體(200)為半個結構的所述完整單元體(100);完整單元體與完整單元體之間、以及完整單元體與補給單元體之間采用金屬絲的縫合連接或者膠粘連接；所述完整單元體(100)為一體成型的中部為空心的內凹六邊形結構。本發明是一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，所述內空型金屬橡膠隔振器為五行三列結構；該隔振器包括有中間排列件(I)、左端排列件(2)、右端排列件 (3)、左互補排列件(4)、右互補排列件(5);中間排列件⑴置于中間，并在中間排列件(I)的兩側分別放置左互補排列件(4)、右互補排列件(5)，左互補排列件(4)的左側放置左端排列件(2)，右互補排列件(5)的右側放置右端排列件(3)；所述中間排列件⑴由結構相同的三個所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述左端排列件(2)由結構相同的三個所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述右端排列件(3)由結構相同的三個所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述左互補排列件(4)由結構相同的兩個所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側分別縱向重疊所述補給單元體(200)；所述右互補排列件(5)由結構相同的兩個所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側分別縱向重疊所述補給單元體(200)。本發明內空型金屬橡膠隔振器的優點在于(I)內部容縮空間的設計特點。為實現結構的負泊松比特性，需要完整單元體(金屬橡膠構件)內部具有足夠容納構件框架壓縮變形的空間。因此，完整單元體設計成中空內凹六邊形結構。(2)外部框架結構的設計特點。為實現足夠的承載能力和特殊的變形要求，需要完整單元體(金屬橡膠構件)外部框架結構具有足夠的結構剛度和合適的結構剛度分布特征，因此采用框架結構的非等厚度分布和連接處采用過渡圓角的優化設計。
圖I是本發明完整單元體的外部結構圖。圖IA是圖I的正視面的結構圖。圖IB是本發明完整單元體的尺寸關系示意圖。圖2是本發明互補單元體的外部結構圖。圖2A是圖2的正視角的結構圖。
圖3是本發明內空型金屬橡膠隔振器的正視面的結構圖。圖3A是本發明內空型金屬橡膠隔振器的等軸結構圖。圖4是對彈簧絲預成型體進行纏繞的方式示意圖。圖4A是材料為Ti-50. 3% Ni形狀記憶合金的第二預成型體的外部照片。圖4B是Ti-50. 3% Ni形狀記憶合金金屬橡膠的外部照片。圖5是記憶合金金屬橡膠試件剛度、阻尼參數隨試驗溫度變化曲線。圖6是本發明內空型和實體性金屬橡膠構件泊松比。圖7是本發明內空型普通材料構件和內空型金屬橡膠材料構件瞬態響應對比。圖8是本發明內空型金屬橡膠構件與實體型金屬橡膠構件彈性模量對比。
權利要求
1.一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，其特征在于該內空型金屬橡膠隔振器由多個結構相同的完整單元體(100)和多個結構相同的補給單元體(200)排列構成；所述補給單元體(200)為半個結構的所述完整單元體(100);完整單元體與完整單元體之間、以及完整單元體與補給單元體之間采用金屬絲的縫合連接或者膠粘連接； 所述完整單元體(100)為一體成型的中部為空心的內凹六邊形結構。
2.根據權利要求I所述的一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述內空型金屬橡膠隔振器為五行三列結構；該隔振器包括有中間排列件(I)、左端排列件(2)、右端排列件(3)、左互補排列件(4)、右互補排列件(5);中間排列件(I)置于中間，并在中間排列件(I)的兩側分別放置左互補排列件(4)、右互補排列件(5)，左互補排列件(4)的左側放置左端排列件(2)，右互補排列件(5)的右側放置右端排列件(3)； 所述中間排列件(I)由結構相同的三個所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成； 所述左端排列件⑵由結構相同的三個所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成； 所述右端排列件(3)由結構相同的三個所述完整單元體(100)縱向重疊排列組成；所述左互補排列件(4)由結構相同的兩個所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側分別縱向重疊所述補給單元體(200)； 所述右互補排列件(5)由結構相同的兩個所述完整單元體(100)縱向重疊排列后，并在重疊后的完整單元體的兩側分別縱向重疊所述補給單元體(200)。
3.根據權利要求I所述的一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述內空型金屬橡膠隔振器為三行七列、三行九列、三行十一列、四行五列、四行七列、四行九列、四行十一列、五行五列、五行七列、五行九列或者五行十一列。
4.根據權利要求I或2所述的一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述完整單元體(100)上設有上橫肋(101)、固定底邊(102)、左上斜肋(103)、左下斜肋(104)、右上斜肋(105)和右下斜肋(106);左上斜肋(103)與左下斜肋(104)的結合處稱為左腰結點(107)，右上斜肋(105)與右下斜肋(106)的結合處稱為右腰結點(108)；其中，上橫肋(101)與固定底邊(102)的結構相同，且以軸向中心線對稱設置；左上斜肋(103)、左下斜肋(104)、右上斜肋(105)和右下斜肋(106)的結構相同，且左上斜肋(103)與右上斜肋(105)以縱向中心線對稱設置，且左下斜肋(104)與右下斜肋(106)以縱向中心線對稱設置，且左上斜肋(103)與左下斜肋(104)以軸向中心線對稱設置，且右上斜肋(105)與右下斜肋(106)以軸向中心線對稱設置。
5.根據權利要求I或2所述的一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述補給單元體(200)為一體成型的中部為空心的半內凹六邊形結構；所述補給單元體(200)上設有底邊梁(202)、左邊梁(204)、右邊梁(206);其中，左邊梁(204)與右邊梁(206)的結構相同，且以縱向中心線對稱設置。
6.根據權利要求I所述的一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，其特征在于所述完整單元體(100)的尺寸關系滿足Hiqq = (I I. 2) L100, H100 = 4. 5D100, a100 =O.2 O. 4H100，H100 = 9. 5d103，H100 = 8w101，Θ =60。，γ101+γ103+β = θ ,β = -θ，W101 =Ott8,2 4Λ 3dioi+rioi，d101 = 3r101,X101 二 (2 ？)；k103，Rmi, R103 = 2R101,r1O3 =(; )及謝。 33 52 全文摘要
本發明公開了一種具有負泊松比特性的內空型金屬橡膠隔振器，該隔振器由多個結構相同的完整單元體(100)和多個結構相同的補給單元體(200)重疊排列構成；所述補給單元體為半個結構的所述完整單元體。重疊排列包括有中間排列件(1)、左端排列件(2)、右端排列件(3)、左互補排列件(4)、右互補排列件(5)；中間排列件(1)置于中部，并在中間排列件(1)的兩側分別放置左互補排列件(4)、右互補排列件(5)，左互補排列件(4)的左側放置左端排列件(2)，右互補排列件(5)的右側放置右端排列件(3)。本發明隔振器一方面利用金屬橡膠結構阻尼材料的良好阻尼性能，從而解決隔振器的振動疲勞和沖擊失效問題；另一方面通過完整單元體與互補單元體的交錯排列的結構，該交錯結構所帶來的負泊松比特性從而提高隔振器的抗沖擊載荷的能力。
文檔編號F16F3/02GK102720785SQ20121017304
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者仝小龍, 張大義, 洪杰, 陸宏偉, 馬艷紅 申請人:北京航空航天大學