一种阻尼可调细长结构及其调控方法与流程

本发明涉及风洞试验领域，尤其是振动噪声控制领域，具体为一种阻尼可调细长结构及其调控方法。更具体地，本技术提供一种抑制增材制造细长结构振动的阻尼调控方法，能够用于风洞试验的支杆结构的振动抑制，保证风洞试验数据测试精度。

背景技术：

1、悬臂式尾支撑系统是风洞试验中最常用的支撑方式，其所采用的支杆一般设计为细长的实心结构（以下简称：细长支杆）。在风洞气流脉动的宽频激励下，悬臂式尾支撑系统采用的实心支杆容易与来流频率耦合，而引发低频、大幅度的振动，直接影响试验数据测试精度，严重时甚至会导致尾支杆的断裂，存在极大的安全隐患。因此，针对细长结构的振动抑制的研究，就尤为重要。

2、控制细长支杆振动的方法大致可分为主动控制和被动控制。主动控制细长支杆振动的方法，主要以压电陶瓷等智能材料为作动器，针对实测振动信号采取相应的控制策略；该方法具有响应时间短、抑振精度高等优点，但系统较为复杂，成本昂贵，且对电磁干扰敏感。被动控制细长支杆振动的方法，主要是采用阻尼器，或者改变模型结构，以改善系统刚度、阻尼等参数，来达到较好减振效果，其结构简单，且无需能量输入。

3、如前所述，当前振动控制的对象为细长实体支杆。如何降低细长支杆的振动，成为人们研究的热点。为此，迫切需要一种新的装置或方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、一方面，低成本增材制造技术的快速发展，正在彻底改变传统细长结构的制造方式。另一方面，多孔点阵材料凭借比强度高、能量吸收特性好的优势，在航空航天、船舶交通等领域的应用也愈发广泛。有鉴于此，针对在风洞试验中，降低细长支杆振动的问题，提供一种阻尼可调细长结构及其调控方法。本技术基于增材制造技术，将多孔点阵材料融入到风洞支杆的结构设计中，能够实现抑制增材制造细长结构的成本低、易实现的被动阻尼调控，减小细长结构的抑振，满足实验快速进行的需求，具有重要意义。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种阻尼可调细长结构，包括质量块、等直段、扩展段、用于与待测模型相连的后锥段；

4、所述扩展段沿其轴向的剖面呈圆台型，所述等直段沿其轴向的剖面呈矩形，所述质量块设置在等直段上；

5、沿后锥段的轴向方向，所述后锥段、扩展段、等直段依次相连，所述后锥段、扩展段与等直段采用一体成型；

6、所述后锥段中心设置有第一通孔，所述扩展段中心设置有第二通孔，所述等直段中心设置有第三通孔，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔依次贯通；

7、所述扩展段包括第二外壳体、第二内壳体，所述第二外壳体沿其轴向的剖面呈圆台型，所述第二内壳体位于第二外壳体内；所述等直段包括第三外壳体、第三内壳体，所述第三内壳体位于第三外壳体内；所述第二内壳体的外壁与第二外壳体的内壁之间、第三内壳体的外壁与第三外壳体的内壁之间形成第二调节空间，所述第二外壳体与第三外壳体相连并构成外部壳体主体；

8、所述第二空间内设置有蜂窝组件，所述蜂窝组件由若干个依次相连的蜂窝状细胞构成；

9、单个蜂窝状细胞由六个第二球形连接点、十八个第二连接杆构成；单个蜂窝状细胞分为两层，分别即为第二蜂窝层一、第二蜂窝层二；所述第二蜂窝层一沿垂直于其轴向的剖面、第二蜂窝层二沿垂直于其轴向的剖面分别呈正六边形；沿第二蜂窝层一的中心轴线方向，所述第二蜂窝层一的投影与第二蜂窝层二的投影重合；单个蜂窝状细胞中，所述第二蜂窝层一、第二蜂窝层二上分别设置有三个第二球形连接点；单个蜂窝状细胞中，三个第二球形连接点依次间隔设置在第二蜂窝层一中正六边形的顶点上，三个第二球形连接点依次间隔设置在第二蜂窝层二中正六边形的顶点上；单个蜂窝状细胞中，沿第二蜂窝层一的中心轴线方向，设置在第二蜂窝层一中正六边形顶点处的第二球形连接点与设置在第二蜂窝层二中正六边形顶点处的第二球形连接点交错设置；

10、单个蜂窝状细胞中，设置在第二蜂窝层一中正六边形顶点处的第二球形连接点通过第二连接杆与设置在第二蜂窝层二中正六边形顶点处的第二球形连接点相连，所述第二蜂窝层一与第二蜂窝层二之间的第二球形连接点之间通过六个第二连接杆相连为一体；

11、相邻两个蜂窝状细胞之间共用第二球形连接点、第二连接杆，若干个依次相连为一体的蜂窝状细胞构成蜂窝组件，所述蜂窝组件位于第二内壳体的外壁与第二外壳体的内壁之间、第三内壳体的外壁与第三外壳体的内壁之间；

12、所述蜂窝组件内的孔隙与第二内壳体的外壁与第二外壳体的内壁之间、第三内壳体的外壁与第三外壳体的内壁之间形成第二阻尼补充间隙，所述外部壳体主体上设置有第二调节通孔且通过第二调节通孔能向内第二阻尼补充间隙内补充阻尼液。

13、所述后锥段的中心轴线、扩展段的中心轴线、等直段的中心轴线相互重合。

14、所述第一通孔、第二通孔、第三通孔依次贯通并构成中心通孔组件，所述中心通孔组件能用于天平走线。

15、所述第二内壳体呈圆管状。

16、所述第三内壳体、第三外壳体分别呈圆管状。

17、所述等直段与等直段之间采用可拆卸连接。

18、所述第二内壳体与第二外壳体之间、第三内壳体与第三外壳体之间通过蜂窝组件相连为一体。

19、所述第二球形连接点呈球状，所述第二连接杆呈柱状。

20、所述第二外壳体上设置有第二调节通孔且通过第二调节通孔能向内第二阻尼补充间隙内补充阻尼液。

21、还包括阻尼液，所述阻尼液设置在第二阻尼补充间隙内。

22、单个蜂窝状细胞中，在第二蜂窝层一中，一个第二连接杆的一端与第二球形连接点相连且该第二连接杆的另一端与另外一个第二连接杆的一端相连；单个蜂窝状细胞中，在第二蜂窝层二中，一个第二连接杆的一端与第二球形连接点相连且该第二连接杆的另一端与另外一个第二连接杆的一端相连；所述第二蜂窝层一中、第二蜂窝层二中分别设置有六个第二连接杆。

23、所述蜂窝组件中，在第二蜂窝层一中，一个第二连接杆的一端与第二球形连接点相连且该第二连接杆的另一端与另外两个个第二连接杆的一端相连；所述蜂窝组件中，在第二蜂窝层二中，一个第二连接杆的一端与第二球形连接点相连且该第二连接杆的另一端与另外两个个第二连接杆的一端相连。

24、采用前述阻尼可调细长结构的调控方法，在不改变模型支杆外形尺寸的前提下，将其设计为包含蜂窝组件的阻尼可调细长结构，并通过第二调节通孔向阻尼可调细长结构的内腔内注入设定量的阻尼液，即可提高阻尼可调细长结构的机械阻尼，以实现振动能量耗散，从而满足风洞试验需求。

25、包括如下步骤：

26、（1）预先测定

27、在阻尼可调细长结构内部不添加阻尼液的前提下，对阻尼可调细长结构进行锤击模态试验，采集阻尼可调细长结构的振动信号，得到空白组振动信号；

28、（2）阻尼液填充

29、通过第二调节通孔向阻尼可调细长结构的内腔内注入设定量的阻尼液，而后对此时的阻尼可调细长结构进行锤击模态试验，采集阻尼可调细长结构的振动信号，得到变阻尼振动信号；

30、（3）阻尼调整

31、通过比较步骤（1）的空白组振动信号与步骤（2）的变阻尼振动信号，调节阻尼液的添加量，并重复步骤（2），直到得到符合设定要求的振动信息，对应含有阻尼液的阻尼可调细长结构即为符合设定要求的结构。

32、针对前述问题，本技术提供一种阻尼可调细长结构及其调控方法。本技术在不改变模型支杆外形尺寸的前提下，采用蜂窝组件构成的阻尼可调细长结构设计，并在蜂窝组件中填充液态阻尼材料，从而提高细长结构的机械阻尼，以实现振动能量耗散。同时，本技术能够基于增材制造技术对阻尼可调细长结构进行样件打印。最后，发明人通过试验对比，分析了本技术的阻尼可调细长结构在填充阻尼液前、后的减振效果，充分验证了该阻尼调控方法的有效性。