[发明专利]一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法

权利要求书

1.一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：计算单胞弹簧的目标设计刚度：

步骤1.1：根据结构隔振要求，确定隔振器的整体刚度k；

步骤1.2：所述隔振器中采用多级串并联单胞弹簧构型，其中等效串联弹簧个数为n，每个等效串联弹簧中包含的并联弹簧数目为m，则单胞弹簧的设计刚度为：

步骤2：计算单胞弹簧所能提供的最小刚度，所述单胞弹簧采用弯曲环形弹簧，弯曲环形弹簧的设计参数包括弯曲环宽度W、弯曲环厚度t、弯曲环半径R、弯曲环平直段长度L；

步骤2.1：根据隔振器的设计高度H、等效串联弹簧个数n、3D打印的最小打印厚度s_min和最小打印孔径D_min，确定单个弯曲环形弹簧的弯曲环半径R的取值范围和串联弹簧之间连接层的厚度T的取值范围：

并根据并联弹簧排布规律要求，确定单个弯曲环形弹簧的最大弯曲环半径

其中R_截面为设定的设计区截面圆半径；L为弯曲环平直段长度；

最终的弯曲环半径R的最大值选取为：

步骤2.2：根据公式

计算弯曲环形弹簧能提供的最小刚度K_min，b为无量纲系数，E表示为材料弹性模量，W表示为弯曲环宽度，t表示为弯曲环厚度，取W_min＝t_min＝s_min；

步骤3：比较K_min和目标设计刚度确定所对应的等效串联弹簧个数n和并联弹簧数目m的可选择范围，，在可选择范围内，每个n和m的组合对应一个串并联方案；

步骤4：根据目标设计刚度计算各个串并联方案的弹簧尺寸，并计算该串并联方案下减振器的体积，从不同串并联方案中选取对应体积最小的串并联方案。

2.根据权利要求1所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：步骤1.1中，隔振器的整体刚度k取

k＝(1+η)k_static

且满足

k_statickω²M

其中k_static表示隔振器的静刚度设计要求；η为设计安全系数；M表示被隔振物体质量；ω表示最低激励频率。

3.根据权利要求1所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：步骤2中，一个等效串联弹簧中的m个并联弹簧采用对称排布方式。

4.根据权利要求1所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：步骤2.2中，无量纲系数b通过以下公式计算得到：

其中K^*为当弯曲环形弹簧的弯曲环宽度、弯曲环厚度、弯曲环半径保持不变，随着弯曲环平直段长度L的增加，弯曲环形弹簧刚度保持恒定时的刚度值，此时R_max计算公式中的弯曲环厚度t＝t_min，弯曲环平直段长度L取弯曲环形弹簧刚度保持恒定时弯曲环平直段长度最小值。

5.根据权利要求4所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：步骤4中，根据目标设计刚度保持弯曲环宽度W、弯曲环半径R、弯曲环平直段长度L不变，以弯曲环厚度t为设计变量：

6.根据权利要求1所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：得到对应体积最小的串并联方案后，还根据隔振器横截面的设计尺寸和弯曲环形弹簧尺寸，按照整体抗弯抗扭刚度最大化要求，确定每层的并联弹簧的排布规律。

7.根据权利要求6所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，其特征在于：按照整体抗弯抗扭刚度最大化要求，每层的并联弹簧的排布规律为沿横截面内最大正多边形排列。