用于微振动抑制的多尺度仿生板设计方法及其在航天器中的应用

《Advanced Engineering Materials》：Multiscale Biomimetic Plate Design Method for Microvibration Suppression and its Application in Spacecraft

仿生结构设计优化航天器微振动抑制：通过提取山羊胫骨多尺度孔隙分布和纤维矿化结构特征，构建宏观规则、微观 irregular的仿生框架，嵌入微尺度仿生单元实现振动传递路径的多级阻尼效应。实验与模拟表明该设计可使舱板系统振动传输率降低42%，质量减轻35%，并形成涡能流场偏转机制，有效抑制宽频低幅振动。

　　

摘要

微振动长期以来一直是高分辨率航天器面临的问题。抑制传输路径（如舱体板）中的振动是一种可行的方法。然而，常用的均匀且周期性结构板在抑制低频、宽频带和低幅度的微振动方面效果不佳。山羊胫骨具有出色的强度和振动抑制特性，其宏观上规则但微观上不规则的结构特征是其优异机械性能的根源。受山羊胫骨孔隙分布和矿化纤维形态的启发，本文提出了一种多尺度仿生结构设计方法。通过将微观仿生单元不规则地嵌入宏观上规则的仿生布局框架中，优化了振动抑制性能。为了揭示仿生设计对振动传递的影响，建立了一个跨尺度的微振动传递分析模型。以航天器中典型的飞轮-舱体板系统为例，进行了实验和仿真研究。结果表明，仿生板具有更轻的重量、更低的振动传递率以及出色的鲁棒性。多尺度仿生设计协同作用使舱体板的振动模式发生偏移，从而将涡流能量从输出点引导开，实现了微振动的抑制。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。