[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

说明书

本发明公开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，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，梯形折线的上底和/或下底均沿内圆柱壳的轴向设置磁流变阻尼材料单元，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；发明的优点是：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；磁流变阻尼材料单元发挥阻尼缓冲作用，最终可以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。

技术领域

本发明属于机械领域，具体说是一种波纹夹层圆柱壳，更具体说是一种复合材料波纹夹层圆柱壳及制造方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、耐腐蚀性好、温度稳定性好等一系列优点，广泛应用于航空、航天、机械、船舶、体育器械、电气设备、医学、兵器工业与化学工业等领域。工程实际中存在大量通过该类型材料制成的典型薄壳结构件，如航空发动机的复合材料机匣、海底深潜器用的复合材料耐压圆柱壳、液体火箭发动机燃烧室采用的耐高温复合材料壳体等。随着它们的结构越来越复杂、工作环境越来越苛刻，其振动响应问题也越来越突出，由于振动响应超标而引发的碰撞、摩擦等问题也越来越受到人们的关注。

磁流变液是一种新型智能流体材料，在外加磁场作用时，具有阻尼无极可调、能耗低等突出优点。磁流变弹性体是磁流变液的固体模拟，克服了其易沉降、稳定性差的缺点，是一种集磁流变液和弹性体于一体的一种新型智能材料。长期以来，人们对磁流变液、磁流变弹性体等进行了大量研究，并取得了阶段性的研究成果，目前已被广泛应用于振动控制领域。例如，哈尔滨工业大学欧进萍院士等将磁流变阻尼器成功应用于渤海JZ20－2MUQ平台结构的减振；香港理工大学段元峰等将所设计的磁流变阻尼器应用于索承结构中斜拉索的减振；Sharkman研制了使用磁流变液的剪切式旋转阻尼器(吸振器)并将其应用于汽车悬架阻尼主动控制系统实现减振；YALCINTAS等基于能量法研究了磁流变液芯层与弹性材料所组成的自适应磁流变液夹层简支梁的动力特性，并对不同外加磁场作用下的简直夹层梁进行了实验测试。然而，将磁流变材料应用于复合材料及其层合结构的振动主动控制领域的研究还不多见。

在复合材料波纹夹层圆柱壳结构中，目前，还没有出现将磁流变液这种阻尼可控材料加入到波纹夹层结构中的设计。例如，如专利CN201710354091.2和专利CN201510172294.0，分别使用了不同的构想，设计了相关模具，其能成功制备金属波纹夹层圆柱壳和复合材料波纹夹层圆柱壳，但波纹圆柱壳的结构简单，功能单一，而未实现对阻尼性能的主动控制。

已发表的文章:1.K.Wang,S.Luo,Y.Wu,X.F.He,F.Zhao,J.P.Wang*,K.L.Jiang,and S.S.Fan,Super-aligned carbon nanotube films as current collectors forlightweight and flexible lithium ion batteries,Adv.Funct.Mater.,23,846-853(cover picture),(2013)；