本發(fā)明涉及振動控制與工程結(jié)構(gòu)，具體涉及到一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器。
背景技術(shù)：
1、在精密儀器運輸、航空航天載荷保護以及車輛工程等領(lǐng)域，為了隔離低頻及超低頻振動，往往需要隔振系統(tǒng)具有極低的動態(tài)剛度。然而，傳統(tǒng)的線性隔振器若要降低固有頻率，必然會導(dǎo)致靜態(tài)位移過大，從而造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差、承載能力不足的問題。準零剛度技術(shù)通過并聯(lián)負剛度機構(gòu)與正剛度元件，實現(xiàn)了“高靜態(tài)剛度、低動態(tài)剛度”的特性，有效地解決了上述矛盾。
2、現(xiàn)有的準零剛度隔振器多采用磁力彈簧、預(yù)壓曲梁或機械連桿組合實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大且裝配精度要求高。近年來，基于折紙原理的柔性超材料因其輕量化和可折疊特性受到關(guān)注。但是，現(xiàn)有的折紙隔振器多采用單一材料制造。若采用硬質(zhì)材料（如金屬、硬塑料），折痕處在反復(fù)折疊中極易產(chǎn)生疲勞斷裂，且難以實現(xiàn)大行程變形；若采用軟質(zhì)材料（如橡膠），則整體結(jié)構(gòu)承載能力過低，無法滿足重載工況需求。
3、此外，現(xiàn)有的折紙隔振結(jié)構(gòu)通常為一體化成型，一旦制造完成，其剛度特性和承載范圍即被固定。面對復(fù)雜多變的工程環(huán)境（如負載質(zhì)量變化、激勵頻率改變），單一固定的結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)，缺乏現(xiàn)場調(diào)整的靈活性和多級隔振的適應(yīng)能力。為此，本發(fā)明提出了一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，采用軟硬雙材料結(jié)合設(shè)計解決承載與壽命的矛盾，并通過模塊化拆拼組裝實現(xiàn)隔振性能的可編程與多級調(diào)節(jié)。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，包括若干個折紙單胞單元構(gòu)成，所述折紙單胞單元包括上支撐梁、下支撐梁以及連接于所述上支撐梁和所述下支撐梁之間的雙材料折疊主體；所述雙材料折疊主體包括若干個剛性板面和若干個柔性折痕，所述剛性板面通過所述柔性折痕相互連接，且所述剛性板面通過所述柔性折痕分別與所述上支撐梁和所述下支撐梁連接；所述上支撐梁的上表面和所述下支撐梁的下表面均設(shè)有用于模塊化連接的公母配合結(jié)構(gòu)，通過所述公母配合結(jié)構(gòu)，多個所述折紙單胞單元能夠沿受力方向串接堆疊或沿垂直受力方向并排拼接。
4、進一步地，所述剛性板面由第一材料制成，所述柔性折痕由第二材料制成，所述第一材料的彈性模量大于所述第二材料的彈性模量。
5、進一步地，所述公母配合結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于所述上支撐梁一端的定位銷柱和設(shè)置于另一端的定位銷孔，以及設(shè)置于所述下支撐梁對應(yīng)位置的定位銷柱和定位銷孔；所述定位銷柱與所述定位銷孔均垂直于支撐梁表面，且所述定位銷柱的外徑與所述定位銷孔的內(nèi)徑采用過盈配合或間隙配合，用于實現(xiàn)相鄰折紙單胞單元的快速拆裝與定位。
6、進一步地，所述雙材料折疊主體采用雙噴頭熔融沉積成型或多材料聚射造型一體化增材制造工藝成型。
7、進一步地，所述第一材料為聚乳酸、尼龍或碳纖維增強復(fù)合材料，所述第二材料為熱塑性聚氨酯或熱塑性彈性體。
8、進一步地，所述折紙單胞單元為基于kresling折紙構(gòu)型或miura-ori折紙構(gòu)型的變體。
9、進一步地，所述剛性板面包括呈對稱分布的梯形板和三角形板，當(dāng)所述折紙單胞單元受到軸向壓力壓縮時，所述梯形板與所述三角形板在剛性約束下圍繞所述柔性折痕發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；?當(dāng)所述剛性板面的折疊角度達到預(yù)設(shè)的臨界幾何區(qū)間時，所述雙材料折疊主體的空間幾何構(gòu)型進入力學(xué)臨界狀態(tài)，此時結(jié)構(gòu)的軸向承載力不隨軸向位移的增加而顯著變化，直接形成力學(xué)響應(yīng)平臺期，從而呈現(xiàn)出動剛度近似為零的準零剛度特性。
10、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果如下：
11、1）本發(fā)明基于剛性折紙運動學(xué)原理，利用剛性板面提供嚴格的幾何約束，確保結(jié)構(gòu)變形時板面不發(fā)生彎曲，迫使所有變形能量集中于柔性折痕處；柔性折痕作為彈性鉸鏈，通過大角度折疊變形提供系統(tǒng)的承載力與回復(fù)力；
12、2）本發(fā)明采用雙材料一體化設(shè)計，利用剛性板面（pla）承擔(dān)高靜載荷，利用柔性折痕（tpu）承擔(dān)大變形折疊，有效解決了單一硬質(zhì)材料易疲勞斷裂和單一軟質(zhì)材料承載力低的矛盾，顯著提高了隔振器的使用壽命和承載性能；
13、3）本發(fā)明通過設(shè)置標準化的定位銷柱與銷孔，實現(xiàn)了“樂高積木式”的快速拆拼組裝；用戶無需專業(yè)工具即可根據(jù)實際工況調(diào)整隔振器的構(gòu)型，極大提升了工程應(yīng)用的靈活性；
14、4）本發(fā)明具有可編程的多級準零剛度特性；通過簡單的串聯(lián)堆疊，即可在力-位移曲線上構(gòu)造出階梯狀的多個準零剛度區(qū)間，使得同一套裝置能夠適應(yīng)寬范圍變化的負載質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)qzs隔振器工作區(qū)間狹窄的問題；
15、5）本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，利用折紙的幾何非線性實現(xiàn)準零剛度，無需額外的彈簧或磁鐵元件，便于通過3d打印技術(shù)進行低成本、批量化定制生產(chǎn)。
1.一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于包括若干個折紙單胞單元構(gòu)成，所述折紙單胞單元包括上支撐梁（1）、下支撐梁（4）以及連接于所述上支撐梁（1）和所述下支撐梁（4）之間的雙材料折疊主體；所述雙材料折疊主體包括若干個剛性板面（2）和若干個柔性折痕（3），所述剛性板面（2）通過所述柔性折痕（3）相互連接，且所述剛性板面（2）通過所述柔性折痕（3）分別與所述上支撐梁（1）和所述下支撐梁（4）連接；所述上支撐橫梁的上表面和所述下支撐橫梁的下表面均設(shè)有用于模塊化連接的公母配合結(jié)構(gòu)，通過所述公母配合結(jié)構(gòu)，多個所述折紙單胞單元能夠沿受力方向串接堆疊或沿垂直受力方向并排拼接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于所述剛性板面（2）由第一材料制成，所述柔性折痕（3）由第二材料制成，所述第一材料的彈性模量大于所述第二材料的彈性模量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于所述公母配合結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于所述上支撐梁（1）一端的定位銷柱（5）和設(shè)置于另一端的定位銷孔（6），以及設(shè)置于所述下支撐梁（4）對應(yīng)位置的定位銷柱（5）和定位銷孔（6）；所述定位銷柱（5）與所述定位銷孔（6）均垂直于支撐梁表面，且所述定位銷柱（5）的外徑與所述定位銷孔（6）的內(nèi)徑采用過盈配合或間隙配合，用于實現(xiàn)相鄰折紙單胞單元的快速拆裝與定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于所述雙材料折疊主體采用雙噴頭熔融沉積成型或多材料聚射造型一體化增材制造工藝成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于所述第一材料為聚乳酸、尼龍或碳纖維增強復(fù)合材料，所述第二材料為熱塑性聚氨酯或熱塑性彈性體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于所述折紙單胞單元為基于kresling折紙構(gòu)型或miura-ori折紙構(gòu)型的變體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可拆拼組裝式雙材料折紙多級準零剛度隔振器，其特征在于所述剛性板面（2）包括呈對稱分布的梯形板和三角形板，當(dāng)所述折紙單胞單元受到軸向壓力壓縮時，所述梯形板與所述三角形板在剛性約束下圍繞所述柔性折痕（3）發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；?當(dāng)所述剛性板面（2）的折疊角度達到預(yù)設(shè)的臨界幾何區(qū)間時，所述雙材料折疊主體的空間幾何構(gòu)型進入力學(xué)臨界狀態(tài)，此時結(jié)構(gòu)的軸向承載力不隨軸向位移的增加而顯著變化，直接形成力學(xué)響應(yīng)平臺期，從而呈現(xiàn)出動剛度近似為零的準零剛度特性。