一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置的制作方法

1.本发明属于工程机械设计领域，具体涉及一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置。


背景技术：

2.随着现代武器科学技术的提高，如水雷、鱼雷等均对水面或水中装备构成威胁，研究舰船抗冲击能力日益重要。多胞结构具有质量轻、高抗剪、可变形等优良力学性能，内部周期性胞元具有波形转换、阻抗失配等特性，较均质结构受冲击后易于变形吸能对冲击能量耗散，针对接触撞击和非接触爆炸等具有良好的防护作用。手性结构具有拉胀多胞结构优良力学特性，内部周期性胞元使弹性波的传递过程进行波形转换可有效提高隔冲性能。同时，聚氨酯是一种高分子超弹性材料，在工程上常用作隔振减振材料，并且比传统的橡胶隔振件具有更强的承载能力，手性系多胞结构由复合材料制成。
3.目前，设计和制造了多种基于周期结构的隔冲装置，其中不乏传统构型的手性周期结构的隔冲装置，但考虑到隔冲装置的环境适应性研究，在多工况下变刚度隔冲装置设计方面还处于空白，因此拓展多胞手性周期结构在船舶领域的应用具有重要的意义和应用价值。


技术实现要素：

4.本发明目的是为了解决上述的问题，而提供一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置。
5.一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，它包括隔冲装置外壳和多胞手性周期空心结构；
6.所述隔冲装置外壳由聚氨酯高分子材料制成，所述隔冲装置外壳为空腔结构；
7.所述多胞手性周期空心结构由tini记忆合金复合材料制成，所述多胞手性周期空心结构与隔冲装置外壳的空腔结构采用过盈配合进行装配。
8.进一步的，所述隔冲装置外壳采用开模加工方式进行制备。
9.进一步的，所述隔冲装置外壳的高度及厚度可根据工程设计需求进行调整。
10.进一步的，所述多胞手性周期空心结构由周期性排布的手性胞元组成。
11.进一步的，所述多胞手性周期空心结构为同向三韧带手性空心结构、反向三韧带手性空心结构、同向四韧带手性空心结构、反向四韧带手性空心结构或六韧带手性空心结构。
12.进一步的，所述多胞手性周期空心结构可根据工程需求进行改变。
13.进一步的，所述tini记忆合金复合材料中ti与ni的原子比为50:50。
14.进一步的，所述tini记忆合金复合材料的热处理状态为完全退火，相变温度处于完全马氏体。
15.本发明中基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置的工作原理为：
16.形状记忆合金，通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的，合金材料的刚度随着变形的变化而变化，将形状记忆合金的这种特性与手性周期结构的隔冲特性相结合，设计制备新型隔冲装置，实现适应不同冲击载荷，从而使隔冲效果都能达到满意的程度。本发明中隔冲装置由形状记忆合金和聚氨酯材料构成，聚氨酯材料是理想的缓冲材料，具有性能可调、承载能力强、抗冲击性能好等优点；手性结构是由圆环节点和韧带连接而成，采用形状记忆合金制备手性结构可以更好地发挥结构的自适应性和强阻尼性，当受到不同的冲击载荷作用时结构形状变化，结构形状的变化驱动形状记忆合金发生形变，“主动地”变形有利于更好的吸收冲击载荷，并能有效缓解二次冲击。表现出不同的刚度、阻尼特性。
17.本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
18.1、本发明中利用聚氨酯高分子材料的隔冲性能，制造隔冲装置外壳结构，并采用tini记忆合金复合材料制作多胞手性周期结构填充外壳结构的空腔进行结构强度加强，利用tini记忆合金复合材料本身的特性吸收冲击能量，在保证隔冲装置强度的基础上进一步提高了隔冲能力，实现隔离冲击的效果。
19.2、本发明中tini记忆合金复合材料具有相对较高的力学性能特性，一方面提高了隔冲装置承载强度，另一方面利用材料本身内部结构的滑移可将冲击能量转化为热能而耗散振动能量以提高隔冲性能，增加了隔冲装置整体的结构强度。
20.3、本发明装置与现有手性周期结构相比，由于形状记忆合金的特性，使得结构受外界刺激时形状和参数发生变化，使手性结构特性发生变化，适应了冲击载荷；通过调节形状记忆合金的恢复，使结构受到固有的二次冲击时仍能具有良好的冲击吸能特点，从而实现多工况、自适应抗冲吸能的效果。
21.本发明基于多胞手性周期结构的复合材料适用于隔冲装置。
附图说明
22.图1为实施例中隔冲装置外壳的示意图，其中1表示聚氨酯高分子材料制成的隔冲外壳；b表示空腔结构；
23.图2为多胞手性周期空心结构的斜侧图；
24.图3为基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置的剖面视图，其中1表示聚氨酯高分子材料制成的隔冲外壳；b表示装配多胞手性周期空心结构后的剩余空腔；2表示tini记忆合金复合材料制成的多胞手性周期空心结构。
具体实施方式
25.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
26.具体实施方式一：结合图1～图3所示，本实施方式一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，它包括隔冲装置外壳1和多胞手性周期空心结构2；
27.所述隔冲装置外壳1由聚氨酯高分子材料制成，所述隔冲装置外壳1为空腔结构；
28.所述多胞手性周期空心结构2由tini记忆合金复合材料制成，所述多胞手性周期空心结构2与隔冲装置外壳1的空腔结构采用过盈配合进行装配。
29.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述隔冲装置外壳1采用开模加工方式进行制备。其它与具体实施方式一相同。
30.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述隔冲装置外壳1的高度及厚度可根据工程设计需求进行调整。其它与具体实施方式一相同。
31.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述多胞手性周期空心结构2由周期性排布的手性胞元组成。其它与具体实施方式一相同。
32.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述多胞手性周期空心结构2为同向三韧带手性空心结构、反向三韧带手性空心结构、同向四韧带手性空心结构、反向四韧带手性空心结构或六韧带手性空心结构。其它与具体实施方式一相同。
33.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述多胞手性周期空心结构2可根据工程需求进行改变。其它与具体实施方式一相同。
34.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述tini记忆合金复合材料中ti与ni的原子比为50:50。其它与具体实施方式一相同。
35.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述tini记忆合金复合材料的热处理状态为完全退火，相变温度处于完全马氏体。其它与具体实施方式一相同。
36.通过以下实施例验证本发明的有益效果：
37.实施例：
38.结合图1～图3所示，一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，它包括隔冲装置外壳1和多胞手性周期空心结构2；
39.所述隔冲装置外壳1由聚氨酯高分子材料制成，所述隔冲装置外壳1为空腔结构；
40.所述多胞手性周期空心结构2由tini记忆合金复合材料制成，所述多胞手性周期空心结构2与隔冲装置外壳1的空腔结构采用过盈配合进行装配。
41.本实施例中所述隔冲装置外壳1采用开模加工方式进行制备；根据工程需要确定隔冲装置尺寸，并在高度方向设计布置多胞手性周期空心结构2，按设计的结构制作实心模具，实心模具为图1中b结构；在图1中1处浇注聚氨酯高分子材料，待固化后可得到隔冲装置外壳1；
42.本实施例中所述隔冲装置外壳1的高度及厚度可根据工程设计需求进行调整。
43.本实施例中所述多胞手性周期空心结构2由周期性排布的手性胞元组成。
44.本实施例中所述多胞手性周期空心结构2可根据工程需求进行改变，本实施例中以六韧带手性空心结构为例；采用tini记忆合金进行制造，为图2所示；将tini记忆合金制作的多胞手性周期空心结构2通过过盈装配于聚氨酯高分子材料构成的隔冲装置外壳1中；
45.图3中b为装配多胞手性周期空心结构2后的剩余空腔，保证隔冲装置的抗冲击性能。
46.本实施例中所述tini记忆合金复合材料中ti与ni的原子比为50:50。
47.本实施例中所述tini记忆合金复合材料的热处理状态为完全退火，相变温度处于完全马氏体。
48.本实施例中的基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，采用具有良好隔冲性能的聚氨酯高分子材料制造外壳结构，采用tini记忆合金复合材料制作多胞手性周期结构填充外壳结构的空腔进行结构强度加强，利用tini记忆合金复合材料本身的特性吸收冲击
能量，在保证隔冲装置强度的基础上进一步提高了隔冲能力，实现隔离冲击的效果。
49.本实施例中tini由于形状记忆合金的特性，使得结构受外界刺激时形状和参数发生变化，使手性结构特性发生变化，适应了冲击载荷；通过调节tini形状记忆合金的恢复，使结构受到固有的二次冲击时仍能具有良好的冲击吸能特点，从而实现多工况、自适应抗冲吸能的效果。
50.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于它包括隔冲装置外壳(1)和多胞手性周期空心结构(2)；所述隔冲装置外壳(1)由聚氨酯高分子材料制成，所述隔冲装置外壳(1)为空腔结构；所述多胞手性周期空心结构(2)由tini记忆合金复合材料制成，所述多胞手性周期空心结构(2)与隔冲装置外壳(1)的空腔结构采用过盈配合进行装配。2.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述隔冲装置外壳(1)采用开模加工方式进行制备。3.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述隔冲装置外壳(1)的高度及厚度可根据工程设计需求进行调整。4.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述多胞手性周期空心结构(2)由周期性排布的手性胞元组成。5.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述多胞手性周期空心结构(2)为同向三韧带手性空心结构、反向三韧带手性空心结构、同向四韧带手性空心结构、反向四韧带手性空心结构或六韧带手性空心结构。6.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述多胞手性周期空心结构(2)可根据工程需求进行改变。7.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述tini记忆合金复合材料中ti与ni的原子比为50:50。8.根据权利要求1所述的一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，其特征在于所述tini记忆合金复合材料的热处理状态为完全退火，相变温度处于完全马氏体。

技术总结
一种基于多胞手性周期结构的复合材料隔冲装置，它属于工程机械设计领域。装置：包括隔冲装置外壳和多胞手性周期空心结构；所述隔冲装置外壳由聚氨酯高分子材料制成，所述多胞手性周期空心结构由TiNi记忆合金复合材料制成，所述多胞手性周期空心结构与隔冲装置外壳的空腔结构采用过盈配合进行装配。本发明中采用TiNi记忆合金复合材料制作多胞手性周期结构并填充聚氨酯高分子材料外壳结构的空腔，提高了承载强度，增加了结构强度；利用材料本身内部结构的滑移可将冲击能量转化为热能而耗散振动能量以提高隔冲性能，实现多工况、自适应抗冲吸能的效果，实现隔离冲击的效果。本发明基于多胞手性周期结构的复合材料适用于隔冲装置。装置。装置。


技术研发人员：王梦琪 赵松涛 白冰 张晓旭 王世栋
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七0三研究所
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/14