[发明专利]一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法

说明书

本发明提出一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，首先计算单胞弹簧的目标设计刚度以及单胞弹簧所能提供的最小刚度Ksubgt;min/subgt;，通过比较Ksubgt;min/subgt;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；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。该方法综合考虑了隔振器的宽频隔振要求，以及连接结构要求，达到了结构功能一体化的设计目的；而且通过该方法设计的结构功能一体化宽频隔振器考虑了3D打印技术的可实现性；该隔振器应用在航天器领域，能够大幅为航天产品减重。

技术领域

本发明涉及结构动力学领域，具体为一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法。

背景技术

航天器在经历发射、姿态调整等多个动态过程中，会一定程度上诱发结构振动，而结构振动是影响结构强度、系统可靠性、安全性等的主要因素。为了保证航天器有效载荷在服役过程中(尤其是发射过程中)的安全性，在不改变有效载荷结构的基础上，可以通过增添隔振装置来起到改善有效载荷力学环境的目的。

目前，常采用的隔振技术主要有被动隔振、主动隔振和半主动隔振。主动和半动隔振系统需要外界能量输入、系统质量较大、结构复杂。被动隔振技术具有不需要外界能量输入、结构简单、易于实现、经济性好和可靠性高等优点，已被广泛应用于航天工程中。航天发射过程的载荷往往是一种宽频随机载荷，要求设计隔振器时，应该特别重视减小隔振系统低频段的幅频特性，才能取得良好的宽频隔振效果。此外，为了保证隔振器具有一定的承载能力和连接刚度，又需要隔振器具有较大的静刚度，最终达到结构功能一体化的目的。因此，对于结构功能一体化的隔振器设计存在动态刚度(频率)和静态刚度之间如何平衡的问题，并且如何通过隔振刚度的设计实现宽频激励的有效隔振也是一项技术难点。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种结构功能一体化宽频隔振器设计方法，该方法综合考虑了隔振器的宽频隔振要求，以及连接结构要求，达到了结构功能一体化的设计目的；而且通过该方法设计的结构功能一体化宽频隔振器考虑了3D打印技术的可实现性；该隔振器应用在航天器领域，能够大幅为航天产品减重。

本发明的技术方案为：

所述一种结构功能一体化宽频振动隔振器设计方法，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：