一种基于机器学习的零刚度隔振超材料设计及性能验证

作     者：赵哲 杨来侠 吴玲玲 田小永 代鑫 ZHAO Zhe;YANG Laixia;WU Lingling;TIAN Xiaoyong;DAI Xin

作者机构：西安科技大学机械工程学院西安710054 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 

基　　金：国家自然科学基金(52003203) 国家重点研发计划(2022YFB3806101) 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年第41卷第5期

页      码：2599-2608页

摘      要：准零刚度隔振器作为国内外主流的非线性隔振器,凭借其高静态刚度和低动态刚度力学特性,在机械工程领域应用较多,但近零刚度范围窄、后期组装繁琐等问题限制了其隔振的应用范围,通过结构设计使近零刚度范围增大,且能通过一体化成型技术快速制备方面的研究仍较稀缺。本文基于能量屏蔽理论设计了一种新型零刚度单元结构,通过将外界输入能量循环于超材料内部,从而屏蔽外界对隔振对象的能量输入,达到隔振效果。该研究首先设计出具有优化潜力的初始结构,然后使用机器学习与有限元分析结合的方法对初始结构进行优化,自动搜索出最优的超材料结构参数,且最优结构满足零刚度性能设计要求,之后使用3D打印对最优结构单元及2×2阵列结构进行一体化制造。并对样件进行静态实验验证,实验结果表明:在静态压缩过程中,该结构的等效刚度在大范围内近似于0。又对阵列结构进行动态振动实验,结果得出,阵列结构在23 mm振幅下0.1~100 Hz范围内,9.2 kg载荷隔振性能最优,最小传递率可达-61 dB,载荷越接近9.2 kg隔振性能越好。该结构具有结构简单、一体化成型等优势,可应用于列车座椅、康复医疗设备、精密仪器保护及微重力环境等领域下的隔振。

主 题 词：超材料 机器学习 零刚度 隔振结构 3D打印 

学科分类：08[工学] 0805[工学-能源动力学] 080502[080502] 

核心收录：

D　O　I：10.13801/j.cnki.fhclxb.20231010.002

馆 藏 号：203127955...