基于弹性阻尼单元的结构功能一体化设计与优化

The improvement of anti-impact capability is an important performance index of the key bearing components of the launch devices for aeronautical, aerospace and weapon systems. However, due to the complicated structure and large size, the conventional shock absorption and energy dissipation structure seriously restricts the miniaturization and weight reduction of the system.The subject is based on 3D printing technology and the existing manufacturing basic unit. An elastic damping unit with strong impact resistance and high energy absorption rate is designed according to the principle of energy consumption of mechanical structure and the typical traditional mechanical elastic damping structure. Under different loads and different geometrical topological constraints, the layout of elastic damping elements is studied and a parameter mapping model of multi-element synthesis is established. Around the elastic damping unit, the structural parameters of it are analyzed and optimized through parameter experiments, its structure - performance database is also established. On this basis, the design method of structural functional integration based on elastic damping element is explored，and to verify typical parts through experiments. The research of the project will enrich the part design theory based on 3D printing technology and broaden the application of 3D printing technology in the field of mechanical engineering, which will provide a new way for the lightweight design of the equipment.

提高抗冲击能力是航空、航天及武器系统发射装置关键承力件的重要性能指标，但传统的减震耗能结构由于结构复杂、外形庞大，严重制约了系统的小型化与轻量化。课题基于3D打印技术，拟以已有的制造基本单元为基础，根据机械结构的耗能原理，吸取典型传统机械弹性阻尼结构，设计具有强抗冲击能力、高能量吸收率的弹性阻尼单元。研究不同载荷下和不同几何拓扑结构约束下，弹性阻尼单元应用布局方式，建立多单元合成的参数映射模型；围绕该种弹性阻尼单元，设计参数测试试验，分析和优化其弹性阻尼单元结构参数，建立弹性阻尼单元结构-性能数据库。在此基础上，探索基于弹性阻尼单元的结构功能一体化设计方法，并以典型零件为对象进行试验验证。项目的研究将丰富基于3D 打印技术的零件设计理论，拓宽3D 打印技术在机械工程领域的应用，为装备的轻量化设计提供了一条新的途径。

针对航空航天、武器系统、机械装备等发射装置关键承力件对于高抗冲击能力的性能需求，本课题以已有的机械制造单元为基础，根据机械结构的耗能原理，吸取典型传统机械弹性阻尼结构，基于增材制造技术的工艺特点，以单板簧为对象设计了具有强抗冲击能力、高能量吸收率的弹性阻尼单元。围绕该种弹性阻尼单元，课题基于能量法建立了弹性阻尼单元理论力学模型，并通过设计参数测试试验，分析和优化了弹性阻尼单元结构参数，开展了弹性阻尼单元的可制造性分析，研究了弹性阻尼单元应用布局方式，建立弹性阻尼单元结构-性能数据库，在此基础上探索了基于弹性阻尼单元的结构功能一体化设计方法。选择了某装备上受大载荷冲击的典型零件为对象，对其进行了结构功能的一体化重构设计，并利用仿真分析、冲击试验等方式验证了项目研究，试验结果表明基于弹性阻尼单元重构的零件有较好的减震吸能效果，达到了一定的预期目标。. 本项目研究成果应用于航空航天、武器系统等发生装置中，通过对关键零件开展结构功能一体化重构设计与制造，将能在提高或不降低零部件抗冲击能力的基础上，有效实现对关重件的轻量化。此外，项目的研究将丰富基于增材制造技术的零件设计理论，拓宽增材制造技术在机械工程领域的应用，为装备的轻量化、高性能设计提供了一条新的途径。

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