微晶格阻尼材料和可重复吸收能量的方法【专利说明】[0001]政府权利[0002]本发明是在来自美国军队战备司令部的美国政府合约W91CRB-10-0305号下通过政府支持完成的。政府在本发明中享有一定权利。[0003]相关申请的交叉引用[0004]这是2013年1月17日提交的标题为"Micro-LatticeDampingMaterialandMethodforRepeatableEnergyAbsorption"的美国临时申请61/753,848号的非临时发明专利申请。[0005]发明背景(1)
技术领域：
[0006]本发明涉及微晶格，更具体地涉及微晶格阻尼材料和可重复吸收能量的方法。(2)【
背景技术：
】[0007]本发明涉及可以用于阻尼（例如，声阻尼和震动阻尼）的材料。声阻尼或净噪是通过吸音来更安静地制造诸如机械等部件从而将这些部件的声影响最小化的过程。吸音传统上使用多孔材料来完成，比如开孔泡沫、纤维材料、毛毯和布料。这些多孔材料通过在互联孔中的空气分子的振荡（空气阻力）来吸收声能。此机制从根本上不同于本发明所用的屈曲机制，并且使阻尼成为频率（在低频率下吸收弱）和材料厚度的强函数。另外，关闭所述孔（例如，通过油漆）会降低这些常规吸音材料的效力。[0008]作为备选，振动阻尼经常使用粘弹性聚合物来完成。这些材料通过在应力下的聚合物链滑动吸收能量，这是粘性流的原因。粘弹性聚合物的效力非常依赖于温度，因此，粘弹性聚合物仅在较小温度范围（见下图）内呈现高阻尼系数。这样的后果是在极端温度下性能差，或者使用在较宽温度窗内提供较差性能的聚合物混合物。[0009]因此，对于提供高阻尼系数并有能力重复吸收大量能量的阻尼材料存在着持续的需求。【
发明内容】[0010]本发明涉及一种微晶格，更具体地涉及一种微晶格阻尼材料和可重复吸收能量的方法。本发明通过利用中空管屈曲的能量吸收机制（如通过微晶格提供）而能够工作以提供高阻尼，特别是声、振动或震动阻尼。[0011]所述阻尼材料是由中空管的三维互联网络形成的微晶格。[0012]在一个方面，所述中空管由材料形成，并具有壁厚度和直径，所述壁厚度与直径的比例小于3ey，其中ey表示形成中空管的材料的屈服应变材料特性。[0013]在另一个方面，所述中空管直径为IOymlOcm。[0014]在另一个方面，所述中空管由选自由金属、陶瓷和聚合物组成的组中的材料形成。[0015]在另一个方面，约束层与所述微晶格贴附，所述微晶格可与被阻尼的物体连接。[0016]在另一个方面，所述微晶格的阻尼系数（tanS)大于〇?05。[0017]在另一个方面，所述微晶格的密度小于0.lg/cm3。[0018]在另一个方面，所述微晶格被部分压缩在两种材料之间使得所述微晶格预载有应变。作为非限制性实例，所述微晶格预载至3%50%的应变。[0019]在另一个方面，所述微晶格的密度为10mg/cm3以下。[0020]在另一个方面，所述微晶格适应在大于300°C的温度、低于-100°C的温度或在超过200°C跨度的温度范围提供阻尼。[0021]在另一个方面，所述微晶格贴附至一个或多个面板。[0022]在另一个方面，本发明涉及一种通过可重复的能量吸收进行阻尼的方法，其包括如下步骤：在具有互联中空管的网络的微晶格中接收负载（所述负载导致中空管和/或所述管交叉处的节点的弹性屈曲）；和移除负载，其导致微晶格减压，从而在移除负载后，所述微晶格恢复其原始形状。[0023]在另一个方面，本发明涉及约束层阻尼器，其包括由中空管的三维互联网络形成的微晶格，所述微晶格与被阻尼的物体贴附；以及约束层，其与所述微晶格贴附，使得所述微晶格包夹在所述被阻尼的物体和所述约束层之间。[0024]在另一个方面，本发明涉及一种振幅选择性阻尼材料，其包括需要阈值应力来引发屈曲和相伴的能量吸收的微晶格。[0025]在另一个方面，本发明涉及一种各向异性阻尼材料，其包括形成为提供各向异性阻尼特性的微晶格。[0026]在另一个方面，所述阻尼材料包括由中空管的三维互联网络形成的微晶格和两个材料层，所述微晶格被部分压缩在这两层之间使得所述微晶格预载有应变。[0027]最后，本发明还包括形成和使用本文所述的阻尼材料的方法。【附图说明】[0028]通过下面参照以下附图的本发明各方面的详细说明，本发明的目的、特征和优点将显而易见，其中：[0029]图IA是根据本发明的原理的阻尼机制的示意图，其描述可逆并吸收能量的中空管屈曲；[0030]图IB是显示由中空管阵列组成的微晶格材料的压缩和释放期间的应力和应变的图表，其说明中空管在其屈曲时的能量吸收；[0031]图2A是微晶格阻尼材料的图不；[0032]图2B是微晶格阻尼材料的图不；[0033]图3是描述微晶格材料的形成方法的图示；[0034]图4A是压缩前的微晶格样品的图示；[0035]图4B是微晶格样品的图不，其描述压缩10%的样品；[0036]图4C是微晶格样品的图不，其描述压缩50%的样品；[0037]图4D是描述压缩负载移除后的微晶格样品的示意图，其说明该微晶格恢复其大约98.6%的初始高度并且恢复其原始形状；[0038]图4E是微晶格的晶胞在未负载或未压缩状态时的光学图像；[0039]图4F是晶胞的光学图像，其描述通过在其节点上的屈曲而适应压缩应变的晶胞；[0040]图4G是在压缩试验之前的节点的扫描电子显微镜（SEM)图像；[0041]图4H是在六个50%应变的压缩循环之后的节点的SEM图像；[0042]图5A是示出在10ym/秒的规定位移速率于微晶格压缩中测量的应力应变曲线的图表；[0043]图5B是示出刚度和强度如何随着循环数开始减少而后稳定的图表；[0044]图5C是示出具有lmg/cc的密度和较大晶胞（L:4mm，D:500ym，t:120nm)的样品的前两个压缩循环的应力应变曲线的图表；[0045]图是示出43mg/cc(L;1050ym，D:150ym，t:1400nm)的样品的压缩的应力应变曲线的图表；[0046]图5E是示出壁厚度⑴与直径⑶的长径比t/D对Ni-7%P微晶格压缩行为的影响的图表；[0047]图6是示出在频率=IHz且振幅=5ym的压缩DMA试验中密度=14mg/cm3的"原生"Ni-7%P微晶格的阻尼系数（tanS)和应变对正交力（预载）的图表；[0048]图7是示出在频率=IHz和三个不同振幅的压缩DMA试验中密度=12mg/cm3的预压缩Ni-7%P微晶格的阻尼系数对应变的图表；[0049]图8是示出在频率=IHz和两个不同预压缩应变的剪切DM试验中的密度~20mg/cm3的Ni-7%P微晶格的阻尼系数和剪切模量对振幅的图表；[0050]图9是示出在两个不同振幅和两个不同预压缩应变的剪切DM试验中的密度~20mg/cm3的Ni-7%P微晶格的阻尼系数对频率的图表；[0051]图10是示出微晶格相比于吸音泡沫的吸音的图表；[0052]图11是描述通过微晶格材料可能实现振幅选择性阻尼的图示，这是因为阈值应力对于引发屈曲和相伴的能量吸收是必要的；[0053]图12A是根据本发明原理的约束层阻尼设置的图示，其描述了静止时的阻尼设置；[0054]图12B是描述被阻尼的物体被打击时的图示，该打击使材料变形并在中间层中切变。【具体实施方式】[0055]本发明涉及一种微晶格，更具体地涉及一种微晶格阻尼材料和可重复吸收能量的方法。以下提供的描述当前第1页1 2 3 4