一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置

技术特征：
1.一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，该装置包括上部单元(1)、下部单元(2)、数据采集与放电控制模块(3)和供能模块(4)；所述上部单元(1)包括上部弹性基体(101)、侧壁上表面(102)和侧壁下表面(103)；下部单元(2)包括上极板(201)、下部弹性基体(202)、电流变液(203)、下极板(204)；所述下部弹性基体(202)内部充满电流变液(203)；所述上极板(201)和下极板(204)分别安装在下部弹性基体(202)内部的上下表面，和供能模块(4)连接；所述上部弹性基体(101)和下部弹性基体(202)的形状均是基于锥形折纸结构设计，二者为分开设计，上部弹性基体(101)粘结在下部弹性基体(202)上，上部弹性基体(101)和下部弹性基体(202)的上下底面均为正六边形结构，上底面的初始位置相对于下底面有一定的旋转角度，且下底面的面积大于上底面，侧壁的上下表面均为三角形结构，两三角形的公共边向内或向外折叠形成锥形折纸结构的侧棱；所述侧壁上表面(102)和侧壁下表面(103)分别由极性相反的材料组成，当受到轴向载荷时，上部弹性基体(101)，在轴向产生折展现象，在周向产生旋转现象，侧壁上表面(102)和侧壁下表面(103)进行接触分离，根据摩擦发电原理，产生电压信号，由数据采集与放电控制模块(3)采集。2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，上部弹性基体(101)和下部弹性基体(202)的结构设计启发于锥形折纸结构，通过三维建模软件建立锥形折纸结构模型，使用具有弹性的tpu材质，通过3d打印制造而成。3.根据权利要求1所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，上部单元(1)实现多角度监测功能，上部单元(1)在轴向载荷作用下，上部弹性基体(101)产生轴向和周向的复合运动，在复合运动过程中，侧壁上表面(102)和侧壁下表面(103)通过折展和旋转发生接触分离现象；当轴向载荷消失时，上部弹性基体(101)依靠自身弹性自动复原。4.根据权利要求1所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，上部单元(1)的侧壁上表面(102)和侧壁下表面(103)分别由极性相反的铝和聚乙烯(pe)材料组成。5.根据权利要求1所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，所述下部单元(2)底部安装有一个控制仓(205)，控制仓(205)内部安装数据采集与放电控制模块(3)和供能模块(4)两部分。6.根据权利要求5所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，上极板(201)和下极板(204)均为具有导电性的铜板，分别镶嵌在下部弹性基体(202)的上下底面，通过内部管线(206)与控制仓(205)连接。7.根据权利要求1所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，所述数据采集与放电控制模块(3)包括数据采集芯片(301)和放电控制芯片(302)，数据采集芯片(301)通过内部管线(206)采集上部单元(1)所产生的电压信号，电压信号的大小与轴向载荷大小呈正相关；根据上部单元(1)监测到的轴向载荷不同，供能模块(4)在放电控制芯片(302)的约束下对上极板(201)和下极板(204)施加不同大小的电压，使电流变液(203)瞬间固化。8.根据权利要求7所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特
征在于，供能模块(4)由蓄电池(401)和贴片式太阳能发电板(402)两部分组成，贴片式太阳能发电板(402)贴附在下部单元(2)外侧，通过内部管线(206)为蓄电池(401)充电，蓄电池(401)为数据采集芯片(301)和放电控制芯片(302)供电。9.根据权利要求8所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，下部单元(2)实现迅速吸能功能，蓄电池(401)在放电控制芯片(302)的约束下为上极板(201)和下极板(204)施加外加电场。10.根据权利要求1所述的一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置，其特征在于，所述电流变可折展主动吸能装置布置简单，能够采取多个装置串联形成塔形，增加装置的整体长度，或者采取多个装置并联的方式形成平面阵列，增大装置产生的作用力以及有效面积。

技术总结
本发明公开了一种基于摩擦发电技术的电流变可折展主动吸能装置；包括上部单元，下部单元，数据采集与放电控制模块，供能模块。上部单元和下部单元均采用锥形结构设计，分别实现监测和吸能功能。上部单元侧壁由极性相反的摩擦发电材料组成，可以同时灵敏监测轴向和周向的振动或冲击；下部单元在形变过程可同时吸收轴向压缩能量和周向扭转能量；通过数据采集与放电控制模块中的采集芯片采集上部单元所产生的电压信号，并由数据采集与放电控制模块中的放电控制芯片控制供能模块对下部单元的上下极板施加电压，使得电流变体固化，本发明装置存在响应速度快、控制力可调节、转变过程可逆等优点，可迅速吸收外部撞击或振动所产生的能量。能量。能量。


技术研发人员：焦鹏程 张皓 李文焘
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/2/3