[发明专利]一种自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳及制备方法

权利要求书

1.一种自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：设有外圆柱壳、内圆柱壳，在外圆柱壳与内圆柱壳之间设有复合材料波纹夹层，所述复合材料波纹夹层为由多个梯形折线所组成的环状，梯形折线的上底胶粘在内圆柱壳的外圆上，梯形折线的下底胶粘在外圆柱壳的内圆上；梯形折线的上底和/或下底均沿内圆柱壳的轴向设置磁流变阻尼材料单元，所述磁流变阻尼材料单元与复合材料波纹夹层复合为一体；

在内圆柱壳圆周中埋入多个自供电单元；在外圆柱壳中埋入MEMS振动传感器和集成逻辑电路，MEMS传感器在外圆柱壳材料中呈圆周对称排列，

所述自供电单元与集成逻辑电路的供电端连接，集成逻辑电路的输入端与MEMS传感器连接，MEMS传感器的控制端与磁流变阻尼材料单元连接；

内圆柱壳采集振动能并转化为电能进行存储；外圆柱壳通过埋入的MEMS振动传感器和集成逻辑电路感知并检测结构振动的强弱；波纹夹层梯形斜面可用于吸收冲击力、提高刚性且作支撑结构；磁流变阻尼材料单元发挥阻尼缓冲作用，最终实现整体复合材料圆柱壳结构阻尼性能的自调节无级主动控制。

2.根据权利要求1所述的自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：所述的自供电单元为层状结构，包括压电陶瓷柔性层、碳纳米管薄膜层，这两层作为一组，其中压电陶瓷层的导线接头连接至碳纳米管的导线接头，每层之间填充绝缘塑料薄膜，构成自供电单元。

3.根据权利要求1所述的自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：所述的MEMS振动传感器选用ADI公司的ADXL001或者MMA9559L型三轴加速度振动传感器。

4.根据权利要求1所述的自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：所述的集成逻辑电路采用型号为MSP430F435单片机。

5.根据权利要求1所述的自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：所述磁流变阻尼材料单元包括密封管，所述密封管内设有磁流变液，在密封管的圆周外侧还设有线圈，硬支撑管套接在设有线圈的密封管上。

6.根据权利要求1所述的自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：每个所述的下底设有X个磁流变阻尼材料单元，每个所述的上底设有Y个磁流变阻尼材料单元,且X的数量要大于Y的数量。

7.根据权利要求1所述的自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳，其特征在于：所述复合材料波纹夹层根据不同的使用要求选用不同的材料作为波纹夹层。

8.一种制备自供电且振动感知的磁流变夹层波纹圆柱壳的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：制备磁流变阻尼材料单元，将磁流变液注入塑料中压成封闭管；然后在封闭管外缠绕铜线圈以提供大小可控的电磁场，线圈两端尽头各引出一根；最后在外层套上一根带有内涂覆绝缘层的铝合金支撑管以发挥防护及屏蔽作用，从而制成了电磁场大小可控的磁流变阻尼材料单元，并且将磁流变阻尼材料单元以标准件制备；

步骤2：制备自供电单元，按照压电陶瓷薄膜，绝缘塑料薄膜，碳纳米管薄膜层依次铺设，并且压电陶瓷的薄膜的导线连至碳纳米管薄膜，压实，然后再在外边包裹一层绝缘塑料薄膜，仅露出两根导线，得到自供电单元；

步骤3：制备埋入自供电单元的内圆柱壳，将模具预热至60℃，在模具上涂抹脱模剂，铺设碳纤维材料预浸料，将自供电单元置于多层预浸料中央位置，自供电单元呈圆周排列，仅露出两根导线，合上模具外壳并拧紧螺栓，放入热压罐中100℃保温150分钟后取出，得到已埋入自供电单元的内圆柱壳；

步骤4：制备埋入MEMS振动传感器和集成逻辑电路的外圆柱壳，将模具预热至60℃，在模具上涂抹脱模剂，铺设碳纤维材料预浸料，将MEMS振动传感器端口与已经编程的集成逻辑电路端口相连接并且置于多层预浸料中央位置，位于圆柱壳厚度中心，将集成逻辑电路置于多层预浸料的中央位置，靠近圆柱壳上端，仅在上端露出四根导线，分别是输入端口和输出端口，合上模具外壳并拧紧螺栓，放入热压罐中100℃保温150分钟后取出，得到已埋入MEMS振动传感器和集成逻辑电路的外圆柱壳；

步骤5：制作填充磁流变阻尼材料单元的复合材料波纹夹层，将模具预热至60℃，在波纹夹层模具的模具中柱上先安装好内侧条，涂上脱模剂，铺设复合材料预浸料，在内侧条的上端部和下端部及外侧条的中空部的处埋入上述步骤制作好的磁流变阻尼材料单元，再铺设复合材料预浸料，所述的预浸料将填充磁流变阻尼材料单元包裹在中心位置，用螺栓固定，安装好，再安装外侧条，外侧条用螺栓固定，最后两个安装外壳将包括内侧条、外侧条的模具中柱合夹在一起，用夹紧螺栓螺接在安装外壳上的吊耳上；

步骤6：将安装好的波纹夹层模具放入热压罐中，用100℃加热150分钟后，随炉冷却至室温后将模具拆开，拆开外壳，拆开外侧条，由于步骤5模具上涂抹了脱模剂，轻敲便可脱模，得到已填充磁流变阻尼材料单元的复合材料波纹夹层；

步骤7：将每个磁流变阻尼材料单元的上下端导线分别通过导电铜线并联焊接起来汇聚成一根总成，即，正极一根，负极一根；

步骤8：将外圆柱壳、内圆柱壳与复合材料波纹夹层胶粘在一起，将内圆柱壳里的若干个自供电单元露出的正极和负极分别用铜线焊接在一起，将此自供电单元导线与外圆柱壳中的逻辑电路供电端连接，将逻辑电路的控制端与波纹夹层中的填充磁流变阻尼材料单元导线总成连接。