武汉理工大学李营获国家专利权
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龙图腾网获悉武汉理工大学申请的专利一种二维准零刚度点阵装置及其设计方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118705312B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-18发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410908069.8,技术领域涉及:F16F7/10;该发明授权一种二维准零刚度点阵装置及其设计方法是由李营;黄治新;冷克华设计研发完成,并于2024-07-08向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种二维准零刚度点阵装置及其设计方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种二维准零刚度点阵装置,其振动器单元包括正方形框架、固定块、折弯细长梁和中心质量块;四个固定块安装于正方形框架四条边的中心,中心质量块的外轮廓为正方形、中心设有空心圆,中心质量块的四边和与其相对的固定块之间分别通过一组折弯细长梁刚性连接,每组折弯细长梁包括两根且关于中心轴对称布置;本发明还公开了该装置的设计方法,通过设计折弯细长梁的几何参数,使得形成的振动器单元同时具有x轴和y轴两个方向维度的准零刚度特性;通过调整中心质量块的空心圆半径,来控制中心质量块的质量,从而实现振动器单元固有频率的控制。本发明通过折弯细长梁使结构具有准零刚度特性的同时,更容易实现精细的几何设计和拓扑优化。
本发明授权一种二维准零刚度点阵装置及其设计方法在权利要求书中公布了:1.一种二维准零刚度点阵装置的设计方法,所述二维准零刚度点阵装置由振动器单元通过点阵的形式周期排布而成,所述振动器单元包括正方形框架、固定块、折弯细长梁和中心质量块;四个所述固定块分别安装于所述正方形框架四条边的中心位置,所述中心质量块位于正方形框架的中心位置,中心质量块的外轮廓为正方形、中心设有空心圆;中心质量块的四边和与其相对的固定块之间分别通过一组所述折弯细长梁连接,连接形式均为刚性连接,每组折弯细长梁包括两根且关于中心轴对称布置;通过设计折弯细长梁的几何参数,使得形成的振动器单元同时具有x轴和y轴两个方向维度的准零刚度特性; 所述设计方法包括以下步骤: S1、建立共振器单元的几何模型;提取结构参数,包括折弯细长梁的几何参数、固定块尺寸、中心质量块质量和空心圆半径,其中,折弯细长梁的几何参数包括每段梁的初始倾斜角度以及连接各段梁的节点坐标; S2、材料选型,确定材料参数;并定义折弯细长梁的几何参数作为设计变量,其中,折弯细长梁每段梁的初始倾斜角度由二阶多项式函数定义;根据欧拉-伯努利梁理论,得到折弯细长梁力-位移的控制方程; S3、定义目标函数,将上述控制方程中y方向的分力的最大值和最小值的差值定义为目标函数,优化目标是最小化这个差值,即在一定的位移范围内,折弯细长梁的y轴方向刚度接近零; S4、确定约束条件,包括设计域限制、连续性约束、梁变形时避免自相交的条件,以及最大应力不超过材料的屈服强度; S5、求解目标函数,寻找目标函数的最小值,即为振动器单元最小刚度对应的折弯细长梁几何参数优化结果; S6、根据S5优化后的振动器单元最小刚度对应的折弯细长梁几何参数,以及求得的结构最小刚度的数值,求得振动器单元结构固有频率与中间质量块的关系函数,中心质量块的质量由空心圆半径决定,求得结构固有频率与空心圆半径的函数关系;通过调整中间质量块空心圆大小,精准控制振动器单元的固有频率。
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