专利名称：一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阻尼减振结构，更特别的说，是指一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器。
背景技术：
在现代工业机械的研制和使用中，振动问题直接影响到设备的可靠性、安全性及性能实现，因此采取适当的振动控制措施具有重大的现实意义。隔振器的负泊松比特性由于对材料和机械性能有重大影响而在振动控制领域内备受关注。负泊松比特性是指材料或结构在受拉时在横向(或长度方向)会发生膨胀，而受压时在横向(或长度方向)会发生收缩。隔振器对材料或结构力学性能的改善主要表现在 (I)高剪切模量负泊松比特性使得材料或结构将更容易发生压缩变形与体积变形而难以发生剪切变形，从而较少了材料和结构的损伤；(2)抗冲击性强具有负泊松比特性的材料或结构在受压时会发生收缩，局部密度增大，强度增强，从而能更有效地抵抗冲击；(3)断裂韧性高负泊松比特性使得材料或结构的断裂韧性受体积压缩率的影 响，在压缩状态时，随着体积压缩率的增大其断裂韧性也成倍提高；(4)抗缺口能力强当材料或结构在拉伸载荷下产生裂纹时，负泊松比特性会使裂纹处发生膨胀从而填补裂纹，避免裂纹的扩展；(5)抗损伤能力强具有负泊松比特性的材料或结构在受弯时会向外膨胀而不是向内收缩从而有效避免损伤的出现。目前研制出的具有负泊松比特性的材料或结构都属于多孔性材料或结构，其自身强度与硬度较低，而若增强其强度和硬度，负泊松比特性就会消失，从而限制了这种具有负泊松比特性的材料或结构在航空、航天产品及武器装备等具有较大振动、冲击载荷环境下的应用。金属橡胶是一种多孔的功能性结构阻尼材料，是由金属丝经过选丝、绕丝、拉伸、编织和模压成型等过程制作而成。因其宏观上具有类似橡胶的大分子结构和弹性，又是全金属制品，因此称为“金属橡胶”。金属橡胶减振、隔振器依靠金属丝间的相对滑移产生干摩擦耗散振动能量，达到阻尼减振的作用。因而广泛应用在航空航天、武器装备、交通运输及民用建筑等各个领域。在振动控制方面它有两个重要特点，一是高弹性，结构尺寸一定时金属橡胶的刚度(弹性)也可在较大范围内变化，即刚度可调；二是高阻尼，阻尼比系数一般能达到O. 2 O. 3 (—般钢制弹簧为O. 06，天然橡胶为O. 22 O. 47)。除此之外，它还有重量轻，环境适应性强，孔隙度可控，易于成型等特点
发明内容
本发明是将金属橡胶这一高阻尼结构材料与负泊松比结构特征相结合，通过多个单元体交错排列构形得到具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器。本发明内空型金属橡胶隔振器一方面利用金属橡胶结构阻尼材料的良好阻尼性能，从而解决内空型金属橡胶隔振器的振动疲劳和冲击失效问题；另一方面通过交错排列的结构设计所带来的负泊松比特性从而提闻隔振器的抗冲击载荷的能力。本发明是一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，该内空型金属橡胶隔振器由多个结构相同的完整单元体(100)和多个结构相同的补给单元体(200)排列构成；所述补给单元体(200)为半个结构的所述完整单元体(100);完整单元体与完整单元体之间、以及完整单元体与补给单元体之间采用金属丝的缝合连接或者胶粘连接；所述完整单元体(100)为一体成型的中部为空心的内凹六边形结构。本发明是一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，所述内空型金属橡胶隔振器为五行三列结构；该隔振器包括有中间排列件(I)、左端排列件(2)、右端排列件 (3)、左互补排列件(4)、右互补排列件(5);中间排列件⑴置于中间，并在中间排列件(I)的两侧分别放置左互补排列件(4)、右互补排列件(5)，左互补排列件(4)的左侧放置左端排列件(2)，右互补排列件(5)的右侧放置右端排列件(3)；所述中间排列件⑴由结构相同的三个所述完整单元体(100)纵向重叠排列组成；所述左端排列件(2)由结构相同的三个所述完整单元体(100)纵向重叠排列组成；所述右端排列件(3)由结构相同的三个所述完整单元体(100)纵向重叠排列组成；所述左互补排列件(4)由结构相同的两个所述完整单元体(100)纵向重叠排列后，并在重叠后的完整单元体的两侧分别纵向重叠所述补给单元体(200)；所述右互补排列件(5)由结构相同的两个所述完整单元体(100)纵向重叠排列后，并在重叠后的完整单元体的两侧分别纵向重叠所述补给单元体(200)。本发明内空型金属橡胶隔振器的优点在于(I)内部容缩空间的设计特点。为实现结构的负泊松比特性，需要完整单元体(金属橡胶构件)内部具有足够容纳构件框架压缩变形的空间。因此，完整单元体设计成中空内凹六边形结构。(2)外部框架结构的设计特点。为实现足够的承载能力和特殊的变形要求，需要完整单元体(金属橡胶构件)外部框架结构具有足够的结构刚度和合适的结构刚度分布特征，因此采用框架结构的非等厚度分布和连接处采用过渡圆角的优化设计。
图I是本发明完整单元体的外部结构图。图IA是图I的正视面的结构图。图IB是本发明完整单元体的尺寸关系示意图。图2是本发明互补单元体的外部结构图。图2A是图2的正视角的结构图。
图3是本发明内空型金属橡胶隔振器的正视面的结构图。图3A是本发明内空型金属橡胶隔振器的等轴结构图。图4是对弹簧丝预成型体进行缠绕的方式示意图。图4A是材料为Ti-50. 3% Ni形状记忆合金的第二预成型体的外部照片。图4B是Ti-50. 3% Ni形状记忆合金金属橡胶的外部照片。图5是记忆合金金属橡胶试件刚度、阻尼参数随试验温度变化曲线。图6是本发明内空型和实体性金属橡胶构件泊松比。图7是本发明内空型普通材料构件和内空型金属橡胶材料构件瞬态响应对比。图8是本发明内空型金属橡胶构件与实体型金属橡胶构件弹性模量对比。
权利要求
1.一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，其特征在于该内空型金属橡胶隔振器由多个结构相同的完整单元体(100)和多个结构相同的补给单元体(200)排列构成；所述补给单元体(200)为半个结构的所述完整单元体(100);完整单元体与完整单元体之间、以及完整单元体与补给单元体之间采用金属丝的缝合连接或者胶粘连接； 所述完整单元体(100)为一体成型的中部为空心的内凹六边形结构。
2.根据权利要求I所述的一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，其特征在于所述内空型金属橡胶隔振器为五行三列结构；该隔振器包括有中间排列件(I)、左端排列件(2)、右端排列件(3)、左互补排列件(4)、右互补排列件(5);中间排列件(I)置于中间，并在中间排列件(I)的两侧分别放置左互补排列件(4)、右互补排列件(5)，左互补排列件(4)的左侧放置左端排列件(2)，右互补排列件(5)的右侧放置右端排列件(3)； 所述中间排列件(I)由结构相同的三个所述完整单元体(100)纵向重叠排列组成； 所述左端排列件⑵由结构相同的三个所述完整单元体(100)纵向重叠排列组成； 所述右端排列件(3)由结构相同的三个所述完整单元体(100)纵向重叠排列组成；所述左互补排列件(4)由结构相同的两个所述完整单元体(100)纵向重叠排列后，并在重叠后的完整单元体的两侧分别纵向重叠所述补给单元体(200)； 所述右互补排列件(5)由结构相同的两个所述完整单元体(100)纵向重叠排列后，并在重叠后的完整单元体的两侧分别纵向重叠所述补给单元体(200)。
3.根据权利要求I所述的一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，其特征在于所述内空型金属橡胶隔振器为三行七列、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.根据权利要求I或2所述的一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，其特征在于所述完整单元体(100)上设有上横肋(101)、固定底边(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)与左下斜肋(104)的结合处称为左腰结点(107)，右上斜肋(105)与右下斜肋(106)的结合处称为右腰结点(108)；其中，上横肋(101)与固定底边(102)的结构相同，且以轴向中心线对称设置；左上斜肋(103)、左下斜肋(104)、右上斜肋(105)和右下斜肋(106)的结构相同，且左上斜肋(103)与右上斜肋(105)以纵向中心线对称设置，且左下斜肋(104)与右下斜肋(106)以纵向中心线对称设置，且左上斜肋(103)与左下斜肋(104)以轴向中心线对称设置，且右上斜肋(105)与右下斜肋(106)以轴向中心线对称设置。
5.根据权利要求I或2所述的一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，其特征在于所述补给单元体(200)为一体成型的中部为空心的半内凹六边形结构；所述补给单元体(200)上设有底边梁(202)、左边梁(204)、右边梁(206);其中，左边梁(204)与右边梁(206)的结构相同，且以纵向中心线对称设置。
6.根据权利要求I所述的一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，其特征在于所述完整单元体(100)的尺寸关系满足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
本发明公开了一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器，该隔振器由多个结构相同的完整单元体(100)和多个结构相同的补给单元体(200)重叠排列构成；所述补给单元体为半个结构的所述完整单元体。重叠排列包括有中间排列件(1)、左端排列件(2)、右端排列件(3)、左互补排列件(4)、右互补排列件(5)；中间排列件(1)置于中部，并在中间排列件(1)的两侧分别放置左互补排列件(4)、右互补排列件(5)，左互补排列件(4)的左侧放置左端排列件(2)，右互补排列件(5)的右侧放置右端排列件(3)。本发明隔振器一方面利用金属橡胶结构阻尼材料的良好阻尼性能，从而解决隔振器的振动疲劳和冲击失效问题；另一方面通过完整单元体与互补单元体的交错排列的结构，该交错结构所带来的负泊松比特性从而提高隔振器的抗冲击载荷的能力。
文档编号F16F3/02GK102720785SQ20121017304
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者仝小龙, 张大义, 洪杰, 陆宏伟, 马艳红 申请人:北京航空航天大学