一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜的制作方法

本发明涉及航空航天复合阻尼减振设计领域，特别涉及一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜。
背景技术：
：空间站在微重力、无干扰环境下开展多种科学实验，其科学实验装置的载体就是科学实验柜。空间科学载荷安装在科学实验柜内部，由于宇航员开展不同类型的科学实验研究。其中，科学载荷装置高度集成的光机电一体化结构，对振动敏感，尤其是在火箭发射和对接、变轨过程中将受到剧烈的振动冲击影响。因此空间站科学实验柜的减振尤为重要，能够保障空间科学实验的顺利开展。目前，减振方法大多是附加减振器、隔振环，对目标减振结构进行减振设计。由于科学实验柜的特殊性，不能改变目标结构。因此一种空间用复合阻尼减振科学实验柜设计具有重大意义，保持实验柜结构的完整性，对柜体本身结构功能没有任何影响。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，该实验柜减振效果明显，大大减小空间站科学实验柜的振动响应。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，包括外部蒙皮薄壁阻尼结构、内部载荷支撑框架结构及内部载荷安装板结构，其中内部载荷安装板结构设置于所述内部载荷支撑框架结构上，外部蒙皮薄壁阻尼结构设置于内部载荷支撑框架结构的外侧，所述内部载荷安装板结构包括内部载荷安装背板及涂覆于所述内部载荷安装背板上的硬涂层。所述外部蒙皮薄壁阻尼结构包括外部蒙皮薄壁结构及铺设于所述外部蒙皮薄壁结构内侧四角的黏弹性约束阻尼层。所述黏弹性约束阻尼层的材料为丁腈橡胶。所述黏弹性约束阻尼层的厚度为1-3mm。所述外部蒙皮薄壁结构的材料采用碳纤维板。所述外部蒙皮薄壁结构的厚度为1-3mm。所述硬涂层的材料为nicraiy。所述硬涂层的厚度为10-20μm。所述内部载荷支撑框架结构上沿高度方向设有多个抽屉，每个抽屉的后端均设有一所述内部载荷安装板结构。各所述内部载荷安装板结构的硬涂层厚度均相等。本发明的优点及有益效果是：1.本发明的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，对结构本身改动小、可靠性高。2.本发明的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，减振效果明显，大大减小空间站科学实验柜的振动响应。3.本发明的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，能在一定程度上改善仪器设备和振动环境，提高产品的可靠性。附图说明图1为本发明的爆炸图；图2为本发明中外部蒙皮薄壁阻尼结构的示意图；图3为本发明中内部载荷安装板结构的示意图。图中：1为外部蒙皮薄壁阻尼结构，11为外部蒙皮薄壁结构，12为黏弹性约束阻尼层，2为内部载荷支撑框架结构，3为内部载荷安装板结构。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。如图1所示，本发明提供的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，包括外部蒙皮薄壁阻尼结构1、内部载荷支撑框架结构2及内部载荷安装板结构3，其中内部载荷安装板结构3设置于内部载荷支撑框架结构2上，外部蒙皮薄壁阻尼结构1设置于内部载荷支撑框架结构2的外侧，内部载荷安装板结构3包括内部载荷安装背板及涂覆于内部载荷安装背板上的硬涂层。内部载荷支撑框架结构2主要用来支撑内部载荷起到固定支撑的作用，内部载荷安装板结构3主要用来承载载荷单元。如图2所示，外部蒙皮薄壁阻尼结构1包括外部蒙皮薄壁结构11及铺设于外部蒙皮薄壁结构11内侧四角的黏弹性约束阻尼层12。进一步地，外部蒙皮薄壁结构11的厚度为1-3mm，黏弹性约束阻尼层12的厚度为1-3mm，硬涂层的厚度为10-20μm。本发明的实施例中，黏弹性约束阻尼层12的材料为丁腈橡胶，厚度为1mm；外部蒙皮薄壁结构11的材料采用碳纤维板，且厚度是2mm；内部载荷安装背板上的硬涂层的材料为nicraiy，厚度为15μm。进一步地，如图3所示，内部载荷支撑框架结构2上沿高度方向设有多个抽屉，每个抽屉的后端均设有一内部载荷安装板结构3，各内部载荷安装板结构3的硬涂层厚度均相等。外部蒙皮薄壁阻尼结构的分析与实施步骤如下：步骤1：基于模态应变能方法，得到实验柜的有限元模型在共振频率下的能量分布。步骤2：根据拓扑优化的分析方法，在应变能大的位置局部敷设黏弹性约束阻尼层12，阻尼材料选取在共振频率下模态损耗因子较高的材料，选取材料为丁腈橡胶。内部载荷安装背板上的硬涂层可在高温、高腐蚀环境下减小结构的振动响应，其减振机理是微观颗粒之间的内摩擦耗能，从而达到一定的减振效果。对敷设复合阻尼的科学实验柜进行有限元分析，得到其在共振频率下的位移幅值变化结果，与未敷设前进行对比，实验柜内部载荷响应减振50％以上，减振效果明显，如下表所示。方案共振频率/hz位移幅值/mm原始结构48.20.5382复合阻尼48.30.2232由上表可知，敷设复合阻尼的实验柜内部载荷响应位移变化幅值比未敷设复合阻尼前相比减小了58.5％。本发明提供的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，结构简单，易于实现。其中黏弹性约束阻尼层12和硬涂层中的微观颗粒摩擦产生耗能，从而对结构进行减振，与未敷设之前对比减振效果在30％以上，减振效果明显。该结构可进一步推广应用在航空航天的动力学环境中，提高产品的可靠性。内部载荷安装板结构3是基于硬涂层减振理论，设计在内部载荷安装背板上涂层厚度。硬涂层材料为nicraiy，厚度为15μm。所述的对科学实验柜有限元分析指的是，对敷设复合阻尼的科学实验柜进行有限元分析，得到其在共振频率下的加速度响应结果，与未敷设前进行对比，若加速度响应结果未降低到10％以上，需要重新优化约束阻尼结构各层间厚度。本发明提供的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，包括外部蒙皮薄壁阻尼结构和内部载荷安装板的硬涂层阻尼结构。依据有限元仿真分析结果，得到科学实验柜在共振频率下的能量分布，依据模态应变能分布的拓扑优化方法，在外部蒙皮薄壁结构上铺设黏弹性约束阻尼层；依据硬涂层阻尼减振原理，在内部载荷安装背板上喷涂硬涂层阻尼。对比科学实验柜附加复合阻尼前后的振动响应，验证复合阻尼减振科学实验柜结构的有效性，黏弹性约束阻尼层和硬涂层剪切变形耗能起到减振作用，可大大减小振动响应，抑振效果明显。因此，本发明提供的一种空间站用复合阻尼减振科学实验柜，结构简单、抑振效果好、易于实现。以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。当前第1页12