1.本发明涉及结构轻量化设计与振动控制交叉技术领域，更具体地讲，涉及一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构。
背景技术：2.为实现航程更长、有效负载更多，航空、航天、车载等机动、运动平台上的各类电子设备需要尽量轻量化，其中结构轻量化设计是刚需，而点阵结构作为一种新型的减重手段，具有减重效果好、比刚度高等特点；近年来在各类设备的减重方面应用越来越多，然而，安装在航空、航天、车载平台上的各类设备会受到冲击、振动、高温等恶劣环境影响，使得设备结构产生热应力、机械应力等，容易导致结构出现损伤和破坏，因此点阵结构不仅需要减重、刚性功能或性能，还需兼顾减振、缓冲、散热等多方面功能。
3.负泊松比结构是一种特殊微观结构，由其组成的宏观等效材料的泊松比参数表现为负数(普通材料的泊松比为正)，当宏观结构被拉伸变形时，其微观负泊松比结构会在横向出现膨胀现象，从而实现能量吸收，主要用于结构的缓冲作用。声子晶体结构是一种特殊周期性结构，通过对其结构形态、组成材料、质量分布等参数的周期性设计，能够实现在特定振动频率范围抑制弹性波能量传播(即禁带效应)，进而实现该振动频率范围的减振效果。目前声子晶体结构中存在两种弹性波禁带产生机理，即布拉格散射和局域共振，其中局域共振可实现“小尺寸控制大波长”的禁带效应，对低频减振降噪具有良好的实用性，从而在点阵结构设计中的应用得到越来越多的重视。由于点阵结构为一种中空结构，会导致结构的导热路径界面减少，进而使得结构的散热能力下降，兼顾增强点阵结构的散热能力和轻量化设计，目前已有技术公开中未见良好解决方法。
4.在本领域已知的实施方式中，中国专利cn202010608028.9公开了一种新型三维手性负泊松比多胞吸能结构，包含若干依次层叠的吸能层，吸能层包含若干六边形手性结构单胞，通过微小结构的层叠，提高结构在达到屈服极限前的弹性位移，利用较大的位移吸收初始冲击力，对于集中、多次、小量级冲击能量的吸收具有较大的优势，但耗能减振方面能力较弱；
5.中国专利cn201811466741.3公开了一种具有隔振特性的点阵结构，其单胞呈现体心立方结构，并在体心位置增加质量块形成振子结构，能够在较低频率范围实行振动抑制，比刚度较高，可用于具有承载要求的隔振设施，但其点阵结构的缓冲性能一般，不太适合强冲击环境应用，而且没有散热能力；
6.中国专利cn202010511182.4公开了一种大变形状态下具有稳定零泊松比的点阵结构，其单胞结构由直线杆和曲线杆构成，通过在xyz三方向阵列构成点阵结构，具有轻量化和高吸能特点，但减振和比刚度性能相对较差；
7.中国专利cn202011200569.4公开了一种低频减振轻质超材料点阵结构及其制作方法，该超材料点阵结构由二维周期排列的单胞组成，所述单胞包括金字塔型夹芯结构基体结构和嵌入基体结构内的长方体形不锈钢-尼龙共振单元组成，主要通过设计周期排列
的共振单元结构来产生低频范围内的宽频带隙实现减振，并具有一定承载能力，但该结构制造工艺复杂，而且热导能力差。
8.上述专利申请公开的点阵结构均难以满足航空、航天、车载平台上设备对减振、缓冲、散热、轻质的综合性需求。
技术实现要素：9.本发明所要解决的技术问题是，提供一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构；具有局部共振减振、弹性吸能、传热、刚度可调等良好的综合性能；相比实心结构，应本发明的点阵结构质量轻。
10.本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
11.一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，包括若干组依次层叠设置的吸能层，每组所述吸能层包括若干个呈周期性排列的胞元结构；
12.所述胞元结构包括多组呈多边形或圆形阵列的内弯件、用于相邻两组内弯件的端部连接且形成笼式结构的连接件、以及两组位于笼式结构内且分别与连接件连接的支撑夹持件。
13.在本发明中单个胞元结构内的内弯件、连接件将形成局域共振区域，当振动载荷作用时，其中局部共振区200的所形成的质量振子-弹簧系统会产生局部共振，产生频率禁带效应，大幅衰减所需期望频段内的振动能量，实现减振效果；
14.本发明通过若干个胞元结构的连接，并在连接处形成热路径区域；当发热源置于内弯件与连接件连接处所形成的热路径区域时，可以实现热量迅速发散、传递；
15.当冲击载荷作用于本发明时，内弯件与连接件所构成的弹性杆系统发生弹性变形，将冲击动能转化机械形变势能，实现冲击能量吸收。
16.在一些可能的实施方式中，还包括位于两组支撑夹持件之间且分别与两组支撑夹持件连接的质量块。
17.在一些可能的实施方式中，为了使得内弯件具有良好的减振效果；
18.所述内弯件包括呈弧形结构且开口朝外的内弯柱一、两端分别与内弯柱一两端连接且呈弧形结构的内弯柱二；所述内弯柱二的开口朝外；两端相互连接的所述内弯柱一与内弯柱二所形成夹角小于90
°
。
19.在一些可能的实施方式中，为了有效的与内弯件配合，构成的杆系结构能够产生足够形变，能够有效的吸收冲击动能，将其转变为机械形变势能；
20.所述连接件包括对称设置且用于相邻两组内弯件同侧端部连接的连接组件；
21.所述连接组件包括与相邻内弯件同侧端部连接且呈v型的折弯杆一；所述折弯杆一的开口朝外；所述折弯杆一的端部、内弯件的端部在同一平面上。
22.在一些可能的实施方式中，为了有效的对于笼式结构内所安装的质量块进行有效的固定；
23.所述支撑夹持件包括位于笼式结构内与分别与两组连接组件连接的的两组支撑件；两组所述支撑件相向设置且所在的平面相互垂直。
24.在一些可能的实施方式中，
25.所述支撑件包括呈v型结构的折弯杆三、用于连接折弯杆三和折弯杆一的短杆；两
组所述折弯杆三的开口相向设置形成一个夹持空腔。
26.在一些可能的实施方式中，
27.两根所述折弯杆三相互靠近一侧的自由端通过连接杆与其所对应的折弯杆一连接。
28.在一些可能的实施方式中，
29.所述支撑件包括两组呈倾斜设置且一端位于笼式结构内的圆杆、用于连接圆杆与折弯杆一的连接短杆、以及与两组连接件分别连接且位于笼式结构内的短杆二。
30.在一些可能的实施方式中，
31.所述连接件包括倾斜设置且两端与相邻两组内弯件的顶端和底端分别连接弧形弯杆一；
32.所述弧形弯杆一的开口设置在笼式结构的外侧；
33.在一些可能的实施方式中，
34.所述支撑夹持件包括多根设置在弧形弯杆一内侧的短杆三。
35.在一些可能的实施方式中，
36.两组支撑夹持件之间形成夹持腔，所述点阵结构还包括位于两组支撑夹持件之间且分别与两组支撑夹持件连接的质量块。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果：
38.本发明具有较高的空隙率，相比实心结构，其质量更轻；通过改变折弯杆、内弯柱一、内弯柱二、折弯杆二、折弯杆三的布局、数据量及杆截面尺寸，可以实现不同支持刚度的调节，以满足不同平台设备对结构变形控制需求；
39.本发明通过质量块与与折弯杆一、内弯柱一、内弯柱二、折弯杆三之间形成典型质量振子-弹簧结构，在振动环境中，能够产生局域共振禁带效应，大幅衰减所需期望频段内的振动能量，而本发明的结构刚度、质量块可调，进而可实现预期减振频段可调，适应不同设备结构减振需求；
40.相比传统点阵结构，本发明能够满足发热点位置的热传导需求，尽量减轻了结构镂空对传热路径的不良影响，能够满足电子设备等的热传导设计需求。
41.本发明形成一个复杂变型的负泊松比结构，不仅具有比原生负泊松结构更好的支撑刚度，而且在冲击载荷作用下，本发明点阵结构的折弯杆一、内弯柱一、内弯柱二、折弯杆二、折弯杆三构成的杆系结构能够产生足够形变，像弹簧一样吸收冲击动能，将其转变为机械形变势能；
42.本发明具有减重效果佳、支撑刚度可调、减振效果突出、传导散热性能优、吸能效果良好等优点，能够良好满足航空、航天等平台上各类电子设备的轻量化与热、力环境适应性设计需求。
附图说明
43.图1为本发明实施例1中胞元结构的结构示意图；
44.图2为本发明的结构示意图；
45.图3为本发明实施例2中胞元结构的结构示意图；
46.图4为本发明实施例3中胞元结构的结构示意图；
47.图5为本发明实施例4中胞元结构的结构示意图；
48.图6为本发明实施例5中胞元结构的结构示意图；
49.图7为本发明实施例6中胞元结构的结构示意图；
50.其中：10、胞元结构；1、内弯件；11、内弯柱一；12、内弯柱二；2、连接件；21、折弯杆一；22、短柱一；23、弧形弯杆一；3、支撑夹持件；31、折弯杆三；32、短杆；33、夹持空腔；34、连接杆；35、圆杆；36、连接短杆；37、短杆二；38、短杆三；4、质量块；100、传热路径区；200、局域共振区。
具体实施方式
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本技术所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本技术实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.下面对本发明进行详细说明。
53.实施例1：
54.如图1、图2所示：
55.一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，包括若干组依次层叠设置的吸能层，每组所述吸能层包括若干个呈周期性排列的胞元结构10；
56.如图1所示，所述胞元结构10包括多组呈六边形阵列的内弯件1、用于相邻两组内弯件1的端部连接且形成笼式结构的连接件2、两组位于笼式结构内且分别与两组连接件2连接的支撑夹持件3、以及位于两组支撑夹持件3之间且分别与两组支撑夹持件3连接的质量块4。
57.内弯件1沿y轴方向设置，连接件2为两组，将所有内弯件1的两端分别连接形成笼式结构。
58.这里的六边形也可为四边形、五边形、或圆形等结构；
59.在一些可能的实施方式中，所述内弯件1包括呈弧形结构且开口朝外的内弯柱一11、两端分别与内弯柱一11两端连接且呈弧形结构的内弯柱二12；所述内弯柱二12的开口朝外；两端相互连接的所述内弯柱一11与内弯柱二12所形成夹角为45
°
。这里所描述的开口朝外是指朝远离笼式结构的一侧。
60.优选的，该夹角也可为30
°
、40
°
、50
°
60
°
的夹角度数来实现。
61.在一些可能的实施方式中，所述连接件2包括沿z轴对称设置且用于相邻两组内弯件1同侧端部连接的连接组件；所述连接组件包括与相邻内弯件1同侧端部连接且呈v型的折弯杆一21、以及安装在折弯杆一21弯折处且沿竖向设置短柱一22；
62.所述短柱一22的自由端与折弯杆一21的端部、内弯件1的端部在同一平面上。
63.在一些可能的实施方式中，所述支撑夹持件3包括位于笼式结构内与分别与两组连接组件连接的的两组支撑件；两组所述支撑件相向设置且所在的平面相互垂直。
64.所述支撑件包括呈v型结构的折弯杆三31、用于连接折弯杆三31和折弯杆一21的短杆32；两组所述折弯杆三31的开口相向设置形成一个夹持空腔33。
65.如图1所述，一组折弯杆三31的开口向下，与位于笼式结构上方的内弯件1通过短杆32连接；
66.另外一组折弯杆三31的开口向上，位于笼式结构底部的内弯件1通过短杆32连接；两者折弯杆三31形成夹持空腔33，质量块4位于夹持空腔33内，通过设置在折弯杆三31上且位于夹持空腔33内的支撑短柱对质量块4进行支撑固定；
67.本实施例中，质量块4与折弯杆一21、内弯柱一11、内弯柱二12、折弯杆三31之间形成典型质量振子-弹簧结构，在振动环境中，能够产生局域共振禁带效应，大幅衰减所需期望频段内的振动能量；同时本发明的结构刚度、质量块4可调，进而可实现预期减振频段可调，适应不同设备结构减振需求。
68.本实施例中，如图2所示，多个胞元结构10连接后，在连接处将形成传热路径区100，能够满足发热点位置的热传导需求，实现热量迅速发散、传递，尽量减轻了结构镂空对传热路径的不良影响，能够满足电子设备等的热传导设计需求。
69.本实施例中，折弯杆一21、内弯柱一11、内弯柱二12、折弯杆三31构成的杆系结构不仅具有比原生负泊松结构更好的支撑刚度，而且在冲击载荷作用下，能够产生足够形变，像弹簧一样吸收冲击动能，将其转变为机械形变势能。
70.本发明中，内弯件1，连接件2均采用弯折件来实现，其主要作用在与折弯后的部件将具有良好的弹性形变；从而使得在使用时，能够将冲击动能转化机械形变势能，实现冲击能量吸收。
71.实施例2：
72.如图3所示:
73.本实施例与实施例1相比，其区别在于，在两组支撑夹持件3所形成的夹持空腔33内，未设置质量块4；
74.在对于减振需求不高的点阵单元中，本实施例将构建出具有传热与吸能特性的点阵结构。
75.实施例3：
76.如图4所示:
77.与实施例1相比，本实施例中，新增四根连接杆34将两组折弯杆三31的四个自由端分别与四个自由端所对应的四根折弯杆一21的中间位置连接；
78.其它组成、安装与连接关系与实施例1相同，形成一种新胞元结构10，通过对该胞元结构10的复制阵列，构建出支撑刚性更好并兼顾散热、吸能减振特性的点阵结构。
79.实施例4：
80.如图5所示:
81.本实施例与实施例1的不同点在于，所述支撑件包括两组呈倾斜设置且一端位于笼式结构内的圆杆35、用于连接圆杆35与折弯杆一21的连接短杆36、以及与两组连接件2分
别连接且位于笼式结构内的短杆二37。
82.支撑件将不再为v型结构，直接在两根不在同一平面上的折弯杆一21的中心部位设置短杆二37，短杆二37呈倾斜设置，其自由端将位于笼式结构内，采用两组短杆二37实现对于质量块4上下两侧的支撑，圆杆35通过连接短杆36与折弯杆三31的中心部连接且位于笼式结构内，圆杆35将与未与圆杆37连接的折弯杆三31进行连接；
83.根据使用的需求，短杆二37可采用对称设置，也可采用非对称设置，这取决于是否考虑点阵结构的不对称性来确定；
84.如图5所示，在一组连接件2中，当短杆二37与一根折弯杆三31连接后，圆杆35将与该折弯杆31相对的折弯杆31通过短杆36进行连接。圆杆36、短杆二37均为倾斜设置且笼式结构内，图5中与同侧连接件2连接的短杆36和短杆二37平行设置。
85.通过对该胞元结构10的复制阵列，构建出一种支撑刚性更小、兼顾散热与吸能减振特性的点阵结构。
86.当本实施例采用3d增加制造时，将增加支撑结构；这里不再详述。
87.实施例5：
88.如图6、图7所示：
89.本实施例相对实施例1，其区别在于：
90.所述连接件2包括倾斜设置且两端与相邻两组内弯件1的顶端和底端分别连接弧形弯杆一23；所述弧形弯杆一23的开口设置在笼式结构的外侧；所述支撑夹持件3包括多根设置在弧形弯杆一23内侧的短杆三38。
91.本实施例中改变了连接件2的结构、连接件2与内弯件1的连接关系，支撑夹持件3将采用设置在连接件2内侧的短杆三38来实现对于质量块4的支撑；
92.连接件2采用弧形弯杆一23且呈倾斜设置，开口朝外设置在远离笼式结构的一侧；每根弧形弯杆一23的两端分别与相邻两组中一组内弯件1的顶端和另外一组内弯件1的底端连接，已被弧形弯杆一23将底端连接的内弯件1，在与通过另外一组弧形弯杆一23与另外一组内弯件1连接时，将对其顶端进行连接；形成一个所有内弯件1的底端和顶端均被连接而形成的笼式结构；
93.短杆三38设置在弧形弯杆一23的中心部为且位于笼式结构内部，用于对质量块4进行支撑；
94.当采用3d增加制造时，为了有效的实现制造在弧形弯杆一23上将打印出弧形弯柱；
95.弧形弯柱可为图7所示的一根两根沿内弯件1长方向设置且与弧形弯杆一23中心部连接弧形结构，其开口将设置在靠近笼式结构的一侧；弧形弯柱与弧形弯杆一23呈十字交叉设置。
96.当然也可采用如图7所示的沿弧形弯杆三长方向均匀设置且超向相反的两根弧形柱来实现；弧形弯柱其主要用于3d增材制造时的支撑，这里不再过多详述。
97.在本发明中，质量块4可根据使用需求进行设置或不设置，其主要却取决于本发明在使用时是否有较高的减振需求所决定。
98.本发明中点阵可采用单个胞元结构10，也可采用单层设置且为多个胞元结构10连接所形成，还可采用呈叠设置的多层结构来实现；具体根据使用需求来决定。
99.当采用胞元结构10层叠设置为多层，且每层为多个胞元结构10时，相邻的多个点阵胞元结构10的内弯件1连接后共同组成传热路径区100；如图1所示，在xy平面上通过四组连接件2、内弯件1配合构成一个近似六面体的笼式结构；短柱一22与z轴平行放置在折弯杆一21中间的弯曲位置,与折弯杆一21、内弯柱一11、内弯柱二12形成一个近似的负泊松比结构；折弯杆一21、折弯杆三31、内弯柱一11、内弯柱二12、支撑夹持件3、质量块4共同构成点阵结构中的多个局部共振区200，最终形成一个兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构。
100.若将发热源置于热路径区，可以实现热量迅速发散、传递；
101.当振动载荷作用在点阵结构上时，其中局部共振区200200的质量振子-弹簧系统会产生局部共振，产生频率禁带效应，实现减振效果。
102.当冲击载荷作用在点阵结构上时，折弯杆一21、内弯柱一11、内弯柱二12、折弯杆三31构成的弹性杆系统发生弹性变形，将冲击动能转化机械形变势能，实现冲击能量吸收；本发明构建出一种形变能力强、散热能力更好、吸能减振特性好的点阵结构。
103.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
技术特征：1.一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，包括若干组依次层叠设置的吸能层，每组所述吸能层包括若干个呈周期性排列的胞元结构；所述胞元结构包括多组呈多边形或圆形阵列的内弯件、用于相邻两组内弯件的端部连接且形成笼式结构的连接件、以及两组位于笼式结构内且分别与连接件连接的支撑夹持件。2.根据权利要求1所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，所述内弯件包括呈弧形结构且开口朝外的内弯柱一、两端分别与内弯柱一两端连接且呈弧形结构的内弯柱二；所述内弯柱二的开口朝外；两端相互连接的所述内弯柱一与内弯柱二所形成夹角小于90
°
。3.根据权利要求1所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，所述连接件包括对称设置且用于相邻两组内弯件同侧端部连接的连接组件；所述连接组件包括与相邻内弯件同侧端部连接且呈v型的折弯杆一；所述折弯杆一的开口朝外；所述折弯杆一的端部、内弯件的端部在同一平面上。4.根据权利要求3所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于,所述支撑夹持件包括位于笼式结构内与分别与两组连接组件连接的的两组支撑件；两组所述支撑件相向设置且所在的平面相互垂直。5.根据权利要求4所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，所述支撑件包括呈v型结构的折弯杆三、用于连接折弯杆三和折弯杆一的短杆一；两组所述折弯杆三的开口相向设置。6.根据权利要求5所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，两根所述折弯杆三相互靠近一侧的自由端通过连接杆与其所对应的折弯杆一连接。7.根据权利要求4所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，所述支撑件包括两组呈倾斜设置且一端位于笼式结构内的圆杆、用于连接圆杆与折弯杆一的连接短杆、以及与两组连接件分别连接且位于笼式结构内的短杆二。8.根据权利要求1所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，所述连接件包括倾斜设置且两端与相邻两组内弯件的顶端和底端分别连接弧形弯杆一；所述弧形弯杆一的开口设置在笼式结构的外侧。9.根据权利要求8所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，所述支撑夹持件包括多根设置在弧形弯杆一内侧的短杆三。10.根据权利要求1-9任一项所述的一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，其特征在于，两组支撑夹持件之间形成夹持腔，所述点阵结构还包括位于两组支撑夹持件之间且分别与两组支撑夹持件连接的质量块。
技术总结本发明涉及结构轻量化设计与振动控制交叉技术领域，具体公开了一种兼顾传热与吸能减振特性的点阵结构，包括若干组依次层叠设置的吸能层，每组所述吸能层包括若干个呈周期性排列的胞元结构；所述胞元结构包括多组呈多边形或圆形阵列的内弯件、用于相邻两组内弯件的端部连接且形成笼式结构的连接件、以及两组位于笼式结构内且分别与连接件连接的支撑夹持件。本发明具有局部共振减振、弹性吸能、传热、刚度可调等良好的综合性能；相比实心结构，本发明的点阵结构质量轻。的点阵结构质量轻。的点阵结构质量轻。
技术研发人员：何敏 邓梦 赵亮 苟能亮
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十研究所
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
