一种空间站用科学试验柜蒙皮组件及制备方法与流程

本发明属于振动控制领域，尤其涉及一种空间站用科学试验柜蒙皮组件及制备方法。

背景技术：

振动有其有利的一面，利用振动原理可以制成各种振动机械，提高工效。振动也有它有害的一面，例如振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度，加剧构件的疲劳与磨损，缩短机器与结构的使用寿命，并恶化环境等。

通常所说振动控制实际上是指振动抑制，也就是通过对振源、传递途径和系统本身结构采取一定的措施，把振动危害限制到最小限度或减小到容许程度。

振动抑制可分为被动式的与主动式的。前者属于事先一次性设计的振动抑制；后者利用反馈控制，自动地进行振动抑制。

被动式振动控制技术：通过对系统结构的动态力学参数进行优化设计，使传递到敏感器件的振动能量被隔离、转化或者转移，从而降低敏感器件上的振动响应。被动式的振动控制技术包括结构设计、隔振、阻尼减振与动力吸振技术等。

结构设计技术：在结构设计阶段，采用有限元仿真技术，通过对全系统的模态进行分析，合理调配全系统的频率分布，使敏感器件的局部模态与全系统模态和激励解除耦合。另外，由于高频下应变较小，常常通过对敏感设备进行加固，即刚化的方法达到降低应力和应变，改善敏器件或者部件的力学环境。该方法优点为，该方法用于结构的前期设计，因此一旦结构频率调配合理，将大大简化后期的振动控制工作。大型结构由于结构复杂、模态非常密集，该方法存在对结构改动大、模态解耦困难的缺点，且在结构设计的前期，对结构模态及激励形式无法得到一个准确的数值，因此容易产生一些遗漏。

隔振技术：隔振器本质上是一种机械低通滤波器，安装于设备和基础之间，对高频振动起到隔离作用，将振动能量在传递路径隔离。隔振器适合于应力传递通道比较单一的结构系统，非常适用于单机频率与系统频率产生耦合时的后期修补，一般具有很高的减振效率。该方法也存在以下缺点：对结构模态改变较大，且隔振器对结构的接口改动较大，对于定型产品来说，模态与结构接口改变均会产生较大的影响；隔振技术通常会使得结构模态下降、刚度降低、振动过程中位移增大，对于一些对精度要求比较高的单机(如光学设备)来说无法使用。

阻尼减振技术：通过某种方式将粘弹性阻尼材料添加到结构中，增大结构的模态阻尼比，有效地抑制共振区附近的动态响应，极大地改善安装于结构上的精密仪器的动态力学环境。从能量的角度看，阻尼材料通过跟随基体结构一起产生应变，通过材料的内摩擦作用将结构的振动能量转化为热能。目前主要有两种阻尼减振形式：自由阻尼技术和约束阻尼技术。自由阻尼技术在需减振的基板表面粘帖一层粘弹性阻尼材料，由于阻尼层厚度较小、密度较低，对结构增重较小，但对结构阻尼增加较小，一般不使用。约束阻尼技术在待减振的基板表面粘帖一层粘弹性阻尼材料和一层刚度较好的约束层(一般为金属或复材)，这种技术能将结构阻尼提高到10％～20％，但约束板较重，对结构增重较大，因此不适用于对重量较敏感的设备。

动力吸振技术：利用反共振原理，通过在基体结构上安装一个附加的质量-弹簧系统(调谐动力吸振器)或者质量-弹簧-粘壶系统(调谐动力阻尼器)，将主结构上的振动能量转移到动力吸振器上。动力吸振技术适用于前三种技术无法适用的大型结构，如大楼、桥梁等。该方法有如下缺点：作用频率区域较窄，只能用于激振力及结构频率较稳定且为窄带的情况下；附加质量一般不少于待减振设备的5％，增重较多。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间站用科学试验柜蒙皮组件及制备方法，具有不对结构重量产生增大、不改变结构原有构型、不改变结构模态、对结构刚度/强度不产生明显影响的前提下，提高构结构阻尼系数，降低振动响应优点。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种空间站用科学试验柜蒙皮组件，包括：第一部分、第二部分和第三部分；其中，第一部分和第二部分一体连接，第二部分和第三部分一体连接。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件中，第一部分和第三部分均包括第一复合材料铺层、阻尼胶膜和第二复合材料铺层；其中，所述第一复合材料铺层铺设于所述阻尼胶膜的上表面；所述第二复合材料铺层铺设于所述阻尼胶膜的下表面。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件中，所述第二部分由复合材料铺层构成。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件中，所述复合材料铺层的厚度为1.5-2mm。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件中，所述第一复合材料铺层的厚度为0.3-0.6m。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件中，所述阻尼胶膜的厚度为0.1-0.2mm。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件中，所述第二复合材料铺层的厚度为0.9-1mm。

根据本发明的另一方面，还提供了一种空间站用科学试验柜蒙皮组件的制备方法，所述方法包括如下步骤：制作与空间站用科学试验柜蒙皮组件的形状相匹配的外阴模；对外阴模的表面涂脱模剂，并对外阴模进行预热；在第一部分和第三部分相对应的外阴模的外表面依次铺设第一复合材料铺层、阻尼胶膜和第二复合材料铺层，在第二部分相对应的外阴模的外表面铺设复合材料铺层；将铺设好的外阴模进行模压固化；加热，中温固化一定时间；固化完成后，冷却，脱模、表面清理。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件的制备方法中，中温固化8-10小时。

上述空间站用科学试验柜蒙皮组件的制备方法中，将铺设好的外阴模在热压罐中进行固化。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明相比于其它减振方案需要改变结构的尺寸或接口或重量而对已定型结构产生较大影响，本结构形式的蒙皮组件不需要改变原有结构的尺寸与接口，因此对于已经定型的产品是非常方便的处理方法；

(2)本发明相比于其它减振方案需增加结构重量的情况(结构强化、约束阻尼、动力吸振均需增加较大质量，隔振技术增重较小)，本结构形式不产生结构增重，因此一些对重量敏感的部件采用本结构形式；

(3)本发明相比于其它减振方案需改变结构的振动模态(隔振技术、动力吸振会极大的改变结构模态，结构强化、约束阻尼会较小程度的改变结构模态)，本结构形式不会改变原结构的模态，不会改变系统的模态匹配性，对结构所做的振动试验具有继承性(可以沿用原结构的振动试验结果)。

(4)本发明相比于其它减振方案需改变结构的刚度/强度(隔振技术、动力吸振中橡胶的强度需重点考虑，约束阻尼需考虑约束层的粘结强度，结构强化对结构的刚度/强度影响不确定)，本结构形式对结构的刚度/强度影响非常小，对原结构所做的强度试验具有继承性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的空间站用科学试验柜蒙皮组件的结构示意图；

图1-1是本发明实施例提供的空间站用科学试验柜蒙皮组件的分离示意图；

图2是本发明实施例提供的第一部分和第三部分的组成示意图；

图3是本发明实施例提供的空间站用科学试验柜蒙皮组件的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的空间站用科学试验柜蒙皮组件的结构示意图。图1-1是本发明实施例提供的空间站用科学试验柜蒙皮组件的分离示意图。如图1和图1-1所示，该空间站用科学试验柜蒙皮组件包括：第一部分100、第二部分200和第三部分300；其中，第一部分100和第二部分200一体连接，第二部分200和第三部分300一体连接。

图2是本发明实施例提供的第一部分和第三部分的组成示意图。如图2所示，第一部分100和第三部分300均包括第一复合材料铺层1、阻尼胶膜2和第二复合材料铺层3；其中，第一复合材料铺层1铺设于阻尼胶膜2的上表面；第二复合材料铺层3铺设于阻尼胶膜2的下表面。第二部分200由复合材料铺层构成，复合材料铺层的厚度为1.5-2mm。第一复合材料铺层1的厚度为0.3-0.6m。阻尼胶膜2的厚度为0.1-0.2mm。第二复合材料铺层3的厚度为0.9-1mm。阻尼胶膜2为阻尼材料层与胶膜粘结为一体，由于阻尼材料与复合材料的粘结力小，采用在阻尼材料和复合材料铺层之间加设一层与阻尼材料和复合材料均具有较好粘结力的特制胶膜，以提高阻尼材料与复合材料的粘结力，保证阻尼材料与复合材料铺层之间的层间剪切强度满足要求。

图3是本发明实施例提供的空间站用科学试验柜蒙皮组件的制备方法的流程图。本实施例还提供了一种空间站用科学试验柜蒙皮组件的制备方法，如图3所示，该方法包括如下步骤：

制作与空间站用科学试验柜蒙皮组件的形状相匹配的外阴模；

对外阴模的表面涂脱模剂，并对外阴模进行预热；

在第一部分(100)和第三部分(300)相对应的外阴模的外表面依次铺设第一复合材料铺层(1)、阻尼胶膜(2)和第二复合材料铺层(3)，在第二部分(200)相对应的外阴模的外表面铺设复合材料铺层；

将铺设好的外阴模进行模压固化；

加热，中温固化8-10小时；

固化完成后，冷却，脱模、表面清理。

蒙皮组件是科学试验柜的蒙皮，科学试验柜是空间站内用于安装科学试验仪器的柜子。蒙皮为5面封闭、1面开口，蒙皮为复合材料一体化成型。

本实施例在蒙皮的特定区域(第一部分和第三部分)，用0.15mm的高阻尼粘弹性阻尼材料代替其中的一层复合材料铺层，复材铺设完成后，阻尼材料与复合材料一同进行固化，使阻尼材料嵌入复合材料铺层内部，实现不对结构重量产生增大、不改变结构原有构型、不改变结构模态、对结构刚度/强度不产生明显影响的前提下，提高构件的结构阻尼系数，降低结构的振动响应的目的。

本实施例中结构阻尼一体化蒙皮结构主体为碳纤维/环氧树脂基复合材料，其中复合一层粘弹性阻尼材料。

本实施例中结构阻尼一体化结构和原蒙皮结构性能对比。

表1原天线支承结构和本发明天线支承结构力学性能对比

本实施例相比于其它减振方案需要改变结构的尺寸或接口或重量而对已定型结构产生较大影响，本结构形式的蒙皮组件不需要改变原有结构的尺寸与接口，因此对于已经定型的产品是非常方便的处理方法。本实施例相比于其它减振方案需增加结构重量的情况(结构强化、约束阻尼、动力吸振均需增加较大质量，隔振技术增重较小)，本结构形式不产生结构增重，因此一些对重量敏感的部件采用本结构形式。本实施例相比于其它减振方案需改变结构的振动模态(隔振技术、动力吸振会极大的改变结构模态，结构强化、约束阻尼会较小程度的改变结构模态)，本结构形式不会改变原结构的模态，不会改变系统的模态匹配性，对结构所做的振动试验具有继承性(可以沿用原结构的振动试验结果)。本实施例相比于其它减振方案需改变结构的刚度/强度(隔振技术、动力吸振中橡胶的强度需重点考虑，约束阻尼需考虑约束层的粘结强度，结构强化对结构的刚度/强度影响不确定)，本结构形式对结构的刚度/强度影响非常小，对原结构所做的强度试验具有继承性。本实施例设计的结构阻尼一体化蒙皮组件采用结构和阻尼层融合一体化成型的工艺方案。蒙皮由10层铺层铺设而成。在需要铺设阻尼层的区域，铺层包含9层复合材料铺层和一层阻尼层；在不需要铺设阻尼层的区域，铺层包含10层复合材料铺层。当铺设到阻尼层所在层时，在铺设复合材料铺层和阻尼层的区域之间为对接铺设的方式铺设。将所有铺层铺设完成后，采用热压罐成型工艺，将蒙皮一次成型。一次成型能够保证阻尼层与复合材料铺层之间的粘结力，也保证复合材料铺层的力学性能。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。