主动控制SMA金属橡胶减振器及隔振性能调节方法与流程

本发明属于振动与冲击防护领域。

背景技术：

随着现如今航天工业的迅速发展，减振材料在各种航天器中的应用将面临着新的挑战，特别是在传统减振材料(例如普通橡胶阻尼材料)所应用的一些特殊恶劣的工况条件下更面临着严峻的考验。而在目前的航天器的服役周期中，常受到由于特殊环境中的振动和冲击等的影响，而在失败中的种种原因中，大多是由于发动机和空气动力噪声等因素，这些都可能导致过大的宽频随机振动带和噪声环境，继而会引起机械结构的电子控制和仪器仪表等的多项共振峰，使相应的设备因此发生结构失效，导致了一些重要的电子仪器设备(例如机载光电平台)的精度因其严重失效造成动力不稳定等问题。据不完全统计，在目前各国的火箭发射失败案例的原因调查中，有接近2/3的失败案例是由于对振动控制不当所导致的，由于所选用的结构材料性能较差所导致的阻尼性能不佳，也是造成这一结果的另一个重要因素。

为提高航天器所用结构的减振性能，从对所选用的新型阻尼材料的研究开始，作为一种新型复合类功能材料形状记忆和金简称sma，sma的英文全称为(shapememoryalloy)，其主要特点为：对具有热弹性马氏体相变行为的sma材料，当在常温下对马氏体形状记忆合金材料施加一定的变形量后对其进行加热处理，当所加温度超过该形状记忆合金材料的马氏体消失的温度即奥氏体相变终了温度后，该材料在常温下受力所产生的变形能够完全恢复，该现象被称为形状记忆效应。除形状记忆效应外，sma还具有明显的超弹性效应，即当形状记忆合金工作温度高于奥氏体相变结束温度时，若对其所加载的应力高于弹性极限，则继续的加载应力将会使材料产生由应力所诱发的马氏体相变(a→m)；而当应力卸载后的过程中材料会出现马氏体逆相变(a←m)，所产生的应变可以完全恢复，如图1所示。

形状记忆合金由于其在加、卸载过程中，其应力随应变变化曲线会出现较明显的迟滞环(如上图所包围的面积)，故超弹性使sma具有了较强的耗散能量的能力，即高阻尼特性。因此，由于形状记忆合金的高阻尼特性使其所制备的金属橡胶减振器可以应用在一些对阻尼减振性能要求较高的工况。

在航天器发射过程中，某些重要部件通常需要工作在不同的频率范围之内，故这些部件的隔振器在设计过程中通常希望其能够对不同的频段之内工作，且能够顺利避开其多阶共振频率。但是，现有技术中采用传统金属橡胶制成的减振器，刚度和固有频率不能主动可调，无法适用多种工况，且常规金属橡胶隔振器结构复杂，主要有金属橡胶构件、机械结构和紧固件构成，而主要起隔振作用的是各种形式结构的金属橡胶构件，通过改变其金属橡胶构件的参数，即可得到不同的隔振刚度、能量耗散系数、传递率和共振频率，且改变其金属橡胶构件的参数过程复杂。因此，以上问题亟需解决。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有的隔振器结构简单，且其固有频率和刚度固定，无法进行调节，以至于无法适用多种工况的问题，本发明提供了一种主动控制sma金属橡胶减振器及隔振性能调节方法。

主动控制sma金属橡胶减振器，包括sma金属橡胶毛坯和绝缘电热丝，绝缘电热丝均匀布设在sma金属橡胶毛坯内，且二者冲压成一体件；

sma金属橡胶减振器具备的两个电极，且其两个电极分别为绝缘电热丝的两端；

通过改变通入绝缘电热丝的电流，对sma金属橡胶减振器的温度进行调节，根据sma金属橡胶减振器温度的变化，对sma金属橡胶减振器的刚度、固有频率、传递率和能量耗散系数进行调节。

优选的是，sma金属橡胶毛坯为矩形、圆形或多边形。

优选的是，绝缘电热丝以螺旋形布设在sma金属橡胶毛坯内。

优选的是，所述的主动控制sma金属橡胶减振器，还包括电源、电阻器、控制器和贴片式温度传感器；

贴片式温度传感器固定在sma金属橡胶毛坯上，绝缘电热丝的两端分别与电阻器的一端和电源的正输出端连接，电源的负输出端与电阻器的另一端连接；

贴片式温度传感器用于采集sma金属橡胶毛坯的温度信息，控制器根据贴片式温度传感器采集的温度对电阻器阻值进行调控，从而调节sma金属橡胶毛坯的温度。

采用主动控制sma金属橡胶减振器实现的隔振性能调节方法，该方法的实现过程为：

使电源对绝缘电热丝进行供电，通过贴片式温度传感器采集sma金属橡胶毛坯的温度，控制器根据贴片式温度传感器采集的温度对电阻器阻值进行调控，从而调节sma金属橡胶毛坯的温度，实现对sma金属橡胶减振器刚度、固有频率、传递率和能量耗散系数的调节，完成对sma金属橡胶减振器隔振性能的调节。

本发明带来的有益效果是，本发明提出一种振动性能可以智能控制的记忆和金金属橡胶隔振器，即：主动控制sma金属橡胶减振器。通过主动改变sma金属橡胶材料的刚度和固有频率、传递率来实现隔振器的隔振性能主动控制，以实现在不改变隔振器物理结构的情况下改变隔振器的振动性能以适应同一场合下的不同隔振性能需求。

本发明能够实现单一隔振器的多种隔振性能，适应多种工况，且能够根据实际情况对隔振器的性能进行准确的调节和控制。如一种隔振性能需求隔振器的工作在高频，但是在频率从低频逐渐升高到高频过程中，其振动响应在经过低频共振点时，传递率过大，不能满要求，故可通过改变sma金属橡胶减振器的温度，调节隔振器的参数，使其能够改变其低频下的振动性能，避开放大倍数较大的共振点，并在高频下恢复原有的较好的隔振性能，能够顺利避开其多阶共振频率。本发明的固有频率、刚度、传递率隔振性能主动可调。

附图说明

图1为形状记忆合金超弹性示意图；其中，横坐标表示应变，纵坐标表示应力，t表示温度，af表示马氏体向奥氏体转变的结束温度；

图2为sma金属橡胶毛坯和绝缘电热丝相对位置关系图；

图3为主动控制sma金属橡胶减振器的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图2说明本实施方式，本实施方式所述的主动控制sma金属橡胶减振器，包括sma金属橡胶毛坯1和绝缘电热丝2，绝缘电热丝2均匀布设在sma金属橡胶毛坯1内，且二者冲压成一体件；

sma金属橡胶减振器具备的两个电极，且其两个电极分别为绝缘电热丝2的两端；

通过改变通入绝缘电热丝2的电流，对sma金属橡胶减振器的温度进行调节，根据sma金属橡胶减振器温度的变化，对sma金属橡胶减振器的刚度、固有频率、传递率和能量耗散系数进行调节。

进一步的，sma金属橡胶毛坯1为矩形、圆形或多边形。

进一步的，绝缘电热丝2以螺旋形布设在sma金属橡胶毛坯1内。本发明所述sma金属橡胶减振器结构简单，通过改变通入绝缘电热丝2的电流，对sma金属橡胶减振器的温度进行调节，根据sma金属橡胶减振器温度的变化，对sma金属橡胶减振器固有频率进行调节，使其适用多种工况。

具体应用时，可采用任意形状的sma金属橡胶毛坯1，使绝缘电热丝2与sma金属橡胶毛坯1一体冲压成型，冲压时将绝缘电热丝2的两端预留，根据模具的形状，将sma金属橡胶减振器冲压成不同的形状，以适用于不同的工作场合。

进一步的，主动控制sma金属橡胶减振器，还包括电源3、电阻器4、控制器5和贴片式温度传感器6；

贴片式温度传感器6固定在sma金属橡胶毛坯1上，绝缘电热丝2的两端分别与电阻器4的一端和电源3的正输出端连接，电源3的负输出端与电阻器4的另一端连接；

贴片式温度传感器6用于采集sma金属橡胶毛坯1的温度信息，控制器5根据贴片式温度传感器6采集的温度对电阻器4阻值进行调控，从而调节sma金属橡胶毛坯1的温度。

本实施方式中，通过电源和电阻器调节电流为sma金属橡胶减振器提供合适的温度，通过在贴片式温度传感器向控制器反馈sma金属橡胶减振器温度，由控制器控制电阻器实现温度的精确闭环控制。通过主动改变sma金属橡胶减振器的温度来改变其自身的状态，进而能够得到不同的隔振性能如：动刚度、能量耗散系数、传递率以及共振频率。

参见图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的采用主动控制sma金属橡胶减振器实现的隔振性能调节方法，该方法的实现过程为：

使电源3对绝缘电热丝2进行供电，通过贴片式温度传感器6采集sma金属橡胶毛坯1的温度，控制器5根据贴片式温度传感器6采集的温度对电阻器4阻值进行调控，从而调节sma金属橡胶毛坯1的温度，实现对sma金属橡胶减振器刚度、固有频率、传递率和能量耗散系数的调节，完成对sma金属橡胶减振器隔振性能的调节。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。