微晶格阻尼材料和可重復吸收能量的方法【專利說明】[0001]政府權(quán)利[0002]本發(fā)明是在來自美國軍隊戰(zhàn)備司令部的美國政府合約W91CRB-10-0305號下通過政府支持完成的。政府在本發(fā)明中享有一定權(quán)利。[0003]相關申請的交叉引用[0004]這是2013年1月17日提交的標題為"Micro-LatticeDampingMaterialandMethodforRepeatableEnergyAbsorption"的美國臨時申請61/753,848號的非臨時發(fā)明專利申請。[0005]發(fā)明背景(1)
技術領域：
[0006]本發(fā)明涉及微晶格，更具體地涉及微晶格阻尼材料和可重復吸收能量的方法。(2)【
背景技術：
】[0007]本發(fā)明涉及可以用于阻尼（例如，聲阻尼和震動阻尼）的材料。聲阻尼或凈噪是通過吸音來更安靜地制造諸如機械等部件從而將這些部件的聲影響最小化的過程。吸音傳統(tǒng)上使用多孔材料來完成，比如開孔泡沫、纖維材料、毛毯和布料。這些多孔材料通過在互聯(lián)孔中的空氣分子的振蕩（空氣阻力）來吸收聲能。此機制從根本上不同于本發(fā)明所用的屈曲機制，并且使阻尼成為頻率（在低頻率下吸收弱）和材料厚度的強函數(shù)。另外，關閉所述孔（例如，通過油漆）會降低這些常規(guī)吸音材料的效力。[0008]作為備選，振動阻尼經(jīng)常使用粘彈性聚合物來完成。這些材料通過在應力下的聚合物鏈滑動吸收能量，這是粘性流的原因。粘彈性聚合物的效力非常依賴于溫度，因此，粘彈性聚合物僅在較小溫度范圍（見下圖）內(nèi)呈現(xiàn)高阻尼系數(shù)。這樣的后果是在極端溫度下性能差，或者使用在較寬溫度窗內(nèi)提供較差性能的聚合物混合物。[0009]因此，對于提供高阻尼系數(shù)并有能力重復吸收大量能量的阻尼材料存在著持續(xù)的需求?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0010]本發(fā)明涉及一種微晶格，更具體地涉及一種微晶格阻尼材料和可重復吸收能量的方法。本發(fā)明通過利用中空管屈曲的能量吸收機制（如通過微晶格提供）而能夠工作以提供高阻尼，特別是聲、振動或震動阻尼。[0011]所述阻尼材料是由中空管的三維互聯(lián)網(wǎng)絡形成的微晶格。[0012]在一個方面，所述中空管由材料形成，并具有壁厚度和直徑，所述壁厚度與直徑的比例小于3ey，其中ey表示形成中空管的材料的屈服應變材料特性。[0013]在另一個方面，所述中空管直徑為IOymlOcm。[0014]在另一個方面，所述中空管由選自由金屬、陶瓷和聚合物組成的組中的材料形成。[0015]在另一個方面，約束層與所述微晶格貼附，所述微晶格可與被阻尼的物體連接。[0016]在另一個方面，所述微晶格的阻尼系數(shù)（tanS)大于〇?05。[0017]在另一個方面，所述微晶格的密度小于0.lg/cm3。[0018]在另一個方面，所述微晶格被部分壓縮在兩種材料之間使得所述微晶格預載有應變。作為非限制性實例，所述微晶格預載至3%50%的應變。[0019]在另一個方面，所述微晶格的密度為10mg/cm3以下。[0020]在另一個方面，所述微晶格適應在大于300°C的溫度、低于-100°C的溫度或在超過200°C跨度的溫度范圍提供阻尼。[0021]在另一個方面，所述微晶格貼附至一個或多個面板。[0022]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種通過可重復的能量吸收進行阻尼的方法，其包括如下步驟：在具有互聯(lián)中空管的網(wǎng)絡的微晶格中接收負載（所述負載導致中空管和/或所述管交叉處的節(jié)點的彈性屈曲）；和移除負載，其導致微晶格減壓，從而在移除負載后，所述微晶格恢復其原始形狀。[0023]在另一個方面，本發(fā)明涉及約束層阻尼器，其包括由中空管的三維互聯(lián)網(wǎng)絡形成的微晶格，所述微晶格與被阻尼的物體貼附；以及約束層，其與所述微晶格貼附，使得所述微晶格包夾在所述被阻尼的物體和所述約束層之間。[0024]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種振幅選擇性阻尼材料，其包括需要閾值應力來引發(fā)屈曲和相伴的能量吸收的微晶格。[0025]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種各向異性阻尼材料，其包括形成為提供各向異性阻尼特性的微晶格。[0026]在另一個方面，所述阻尼材料包括由中空管的三維互聯(lián)網(wǎng)絡形成的微晶格和兩個材料層，所述微晶格被部分壓縮在這兩層之間使得所述微晶格預載有應變。[0027]最后，本發(fā)明還包括形成和使用本文所述的阻尼材料的方法?！靖綀D說明】[0028]通過下面參照以下附圖的本發(fā)明各方面的詳細說明，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點將顯而易見，其中：[0029]圖IA是根據(jù)本發(fā)明的原理的阻尼機制的示意圖，其描述可逆并吸收能量的中空管屈曲；[0030]圖IB是顯示由中空管陣列組成的微晶格材料的壓縮和釋放期間的應力和應變的圖表，其說明中空管在其屈曲時的能量吸收；[0031]圖2A是微晶格阻尼材料的圖不；[0032]圖2B是微晶格阻尼材料的圖不；[0033]圖3是描述微晶格材料的形成方法的圖示；[0034]圖4A是壓縮前的微晶格樣品的圖示；[0035]圖4B是微晶格樣品的圖不，其描述壓縮10%的樣品；[0036]圖4C是微晶格樣品的圖不，其描述壓縮50%的樣品；[0037]圖4D是描述壓縮負載移除后的微晶格樣品的示意圖，其說明該微晶格恢復其大約98.6%的初始高度并且恢復其原始形狀；[0038]圖4E是微晶格的晶胞在未負載或未壓縮狀態(tài)時的光學圖像；[0039]圖4F是晶胞的光學圖像，其描述通過在其節(jié)點上的屈曲而適應壓縮應變的晶胞；[0040]圖4G是在壓縮試驗之前的節(jié)點的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像；[0041]圖4H是在六個50%應變的壓縮循環(huán)之后的節(jié)點的SEM圖像；[0042]圖5A是示出在10ym/秒的規(guī)定位移速率于微晶格壓縮中測量的應力應變曲線的圖表；[0043]圖5B是示出剛度和強度如何隨著循環(huán)數(shù)開始減少而后穩(wěn)定的圖表；[0044]圖5C是示出具有l(wèi)mg/cc的密度和較大晶胞（L:4mm，D:500ym，t:120nm)的樣品的前兩個壓縮循環(huán)的應力應變曲線的圖表；[0045]圖是示出43mg/cc(L;1050ym，D:150ym，t:1400nm)的樣品的壓縮的應力應變曲線的圖表；[0046]圖5E是示出壁厚度⑴與直徑⑶的長徑比t/D對Ni-7%P微晶格壓縮行為的影響的圖表；[0047]圖6是示出在頻率=IHz且振幅=5ym的壓縮DMA試驗中密度=14mg/cm3的"原生"Ni-7%P微晶格的阻尼系數(shù)（tanS)和應變對正交力（預載）的圖表；[0048]圖7是示出在頻率=IHz和三個不同振幅的壓縮DMA試驗中密度=12mg/cm3的預壓縮Ni-7%P微晶格的阻尼系數(shù)對應變的圖表；[0049]圖8是示出在頻率=IHz和兩個不同預壓縮應變的剪切DM試驗中的密度~20mg/cm3的Ni-7%P微晶格的阻尼系數(shù)和剪切模量對振幅的圖表；[0050]圖9是示出在兩個不同振幅和兩個不同預壓縮應變的剪切DM試驗中的密度~20mg/cm3的Ni-7%P微晶格的阻尼系數(shù)對頻率的圖表；[0051]圖10是示出微晶格相比于吸音泡沫的吸音的圖表；[0052]圖11是描述通過微晶格材料可能實現(xiàn)振幅選擇性阻尼的圖示，這是因為閾值應力對于引發(fā)屈曲和相伴的能量吸收是必要的；[0053]圖12A是根據(jù)本發(fā)明原理的約束層阻尼設置的圖示，其描述了靜止時的阻尼設置；[0054]圖12B是描述被阻尼的物體被打擊時的圖示，該打擊使材料變形并在中間層中切變?！揪唧w實施方式】[0055]本發(fā)明涉及一種微晶格，更具體地涉及一種微晶格阻尼材料和可重復吸收能量的方法。以下提供的描述當前第1頁1 2 3 4