CN113642202A - 一种变厚度薄板 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种变厚度薄板，通过设置多个板区，并沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为变厚度薄板的几何中心，每个板区的厚度与变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同，能够有效提升薄板的固有频率，减少发生共振的情况，同时也提高了材料利用率，减轻了薄板的重量。

Description

一种变厚度薄板
技术领域
本发明涉及薄板结构技术领域，尤其涉及一种变厚度薄板。
背景技术
薄板结构是一种常见的基本结构，被广泛应用于机械工程中，常见的薄板可分为等厚度薄板和变厚度薄板两种。
目前，薄板在机械领域应用非常广泛，例如应用于车辆工程中，由于薄板结构厚度远小于长度与宽度，所以薄板的固有频率普遍处于较低水平，容易发生共振，引发NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)问题和零部件寿命骤减等一系列问题。
发明内容
本发明实施例通过提供一种变厚度薄板，解决了相关技术中薄板固有频率较低，容易发生共振的技术问题。
本发明通过本发明的一实施例，提供了一种变厚度薄板，包括：多个板区，沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为所述变厚度薄板的几何中心，所述每个板区的厚度与所述变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同。
优选地，每个板区的形状均为轴对称图形。
优选地，每个板区为圆环状。
优选地，所述变厚度薄板包括三个板区，沿着所述变厚度薄板的几何中心向边缘依次为第一板区、第二板区以及第三板区。
优选地，所述第一板区的厚度等于所述第三板区的厚度。
优选地，所述第二板区的厚度大于所述第一板区的厚度。
优选地，所述第一板区包括：中心区域；围绕所述中心区域外接的十二个长方形外突区域。
优选地，所述长方形外突区域的长为宽的两倍；所述中心区域的边长为所述长方形外突区域长的两倍。
优选地，所述中心区域为正方形，在所述正方形的每个边均外接有三个长方形外突区域，其中，从所述正方形的一端到另一端，依次为所述三个长方形外突区域中的第一长方形外突区域、第二长方形外突区域以及第三长方形外突区域。
优选地，所述第一长方形外突区域以及所述第三长方形外突区域相对于第二长方形外突区域突出，以形成相对于所述第二长方形外突区域对称的结构。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的变厚度薄板包括：多个板区，沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为变厚度薄板的几何中心，每个板区的厚度与变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同，能够有效提升薄板的固有频率，减少发生共振的情况，同时也提高了材料利用率，减轻了薄板的重量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中在一种实施方式下变厚度薄板的结构示意图；
图2为本发明实施例中在另一种实施方式下变厚度薄板的结构示意图；
图3为图2中板区划分示意图；
图4为对图2中的变厚度薄板取截面的示意图；
图5a为本发明实施例中变厚度薄板的A-A向的截面示意图；
图5b为本发明实施例中变厚度薄板的B-B向的截面示意图；
图5c为本发明实施例中变厚度薄板的C-C向的截面示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供了一种变厚度薄板，解决了相关技术中薄板固有频率较低，容易发生共振的技术问题。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
通过设置多个板区，并沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为变厚度薄板的几何中心，每个板区的厚度与变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同。能够有效提升薄板的固有频率，减少发生共振的情况，同时也提高了材料利用率，减轻了薄板的重量。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明通过本发明实施例，提供了一种变厚度薄板，可以应用于汽车引擎盖、动力电池保护壳、汽车车门等部位。当然，还可以应用于自行车车架、电机保护壳等。
参考图1～2所示，本发明实施例提供的变厚度薄板包括：多个板区，沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为变厚度薄板的几何中心，每个板区的厚度与变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同。
需要说明的是，上述板区的数量可以根据实际设计需要进行设置，所划分板区的数量越多，变厚度薄板的振动特性也就越好。预设阈值可以根据薄板振动分析理论确定，预设阈值可以设置为0.008～0.012范围内的数值。举例来讲，预设阈值可以是0.008、0.01或者0.012。
作为一种可选的实施方式，变厚度薄板可以包括三个板区，沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次为第一板区、第二板区以及第三板区。
具体的，第一板区的厚度等于第三板区的厚度，且第二板区的厚度大于第一板区的厚度。
第一板区、第二板区以及第三板区的厚度，可以根据变厚度薄板设计需要进行设置，第一板区以及第二板区的厚度范围可以是0.8mm～1mm。举例来讲，第一板区的厚度可以是1mm，第二板区的厚度可以是1mm；第二板区的厚度范围可以是1mm～2mm，举例来讲，第二板区的厚度可以是2mm。
为了使变厚度薄板的结构更加稳定，并且在变厚度薄板的加工过程中更加方便，另外，考虑到许多应用于机械工程的薄板构件大多数也是呈对称的，可以将每个板区的形状设置为轴对称图形，以提升该变厚度薄板的力学性能，提升的力学性能可以包括疲劳强度、延展性等。
在具体实施过程中，可以参见如图1所示的变厚度薄板，该变厚度薄板的第一板区为圆形，第二板区以及第三板区均为圆环，同理，第一板区也可以为方形，第二板区以及第三板区均为方形框。
作为一种可选的实施方式，请参见图2所示，第一板区包括：中心区域以及围绕中心区域外接的十二个长方形外突区域。
具体的，长方形外突区域的长为宽的两倍，中心区域的边长为长方形外突区域长的两倍，中心区域为正方形，在正方形的每个边均外接有三个长方形外突区域。
其中，从正方形的一端到另一端，依次为三个长方形外突区域中的第一长方形外突区域、第二长方形外突区域以及第三长方形外突区域。第一长方形外突区域以及第三长方形外突区域相对于第二长方形外突区域突出，以形成相对于所述第二长方形外突区域对称的结构。
进一步的，第三板区可以是变厚度薄板四个边角上的正方形。
当然，除了上述举例的三个板区设置，还可以根据实际需要设置更多个板区，比如，围绕第三板区还可以设置与第三板区厚度不同的第四板区。
举例来讲，在图3所示的变厚度薄板中，变厚度薄板可以是正方形，并且该正方形的边长L1可以为500mm，第一板区1中长方形外突区域的长L2可以为100mm，长方形外突区域的宽W可以为50mm，第一板区1中心区域的边长L3可以为200mm，第三板区3的边长L4可以是100mm，第二板区2位于第一板区1与第三板区3之间。
请参照图4所示，对该变厚度薄板进行截面，得到如图5a～图5c所示的截面图，从如图5a～图5c可以看出，变厚度薄板的厚度是呈轴对称变化，从而，可以达到提升该变厚度薄板的力学性能的目的。
为了验证本发明实施例提供的变厚度薄板的振动提升效果，可以设置一个固定厚度的薄板，并使该固定厚度薄板的质量与本发明中变厚度薄板的质量相同，通过分析该固定厚度薄板与本发明实施例提供的薄板的固有频率，得到最终的振动优化结果。
具体的，将上述固定厚度薄板与本发明的变厚度薄板设置相同的边长尺寸数据以及材料数据。
具体的，边长尺寸数据可以包括长度以及宽度，材料数据可以包括：材料密度、材料弹性模量以及材料泊松比。举例来讲，长度可以是500mm，宽度可以是500mm，材料密度可以是7800kg/m3，弹性模量可以是210GPa，泊松比可以是0.3。
然后基于预设边界条件，对初始薄板模型进行模态分析，得到初始固有频率、初始振型以及初始质量。
在具体实施过程中，上述预设边界条件可以根据实际工程研究需要设置，预设边界条件可以包括：固支边界、简支边界、自由边界、任意弹性边界或者其他任意边界的组合形式。
在具体实施过程中，可以对上述薄板的四条边限制六个方向的自由度，然后利用CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助设计)软件进行模态分析，从而方便、迅速地得到两个薄板的固有频率以及初始质量。
上述CAE软件可以包括Abaqus软件、ANSYS软件以及Hypermesh软件等。
在具体实施过程中，上述固有频率包括第一阶固有频率，由于两薄板的质量相同，可以通过如下公式得到振动优化结果：
Figure BDA0003139568880000061
在公式中，fVRB为变厚度薄板的固有频率，fERB为固定厚度薄板的固有频率，A为固有频率提升百分比参数。
若利用图1所示的变厚度薄板进行上述振动优化的验证，则能够得到如下表1所示的振动优化结果：
表1.圆形变厚度薄板与固定厚度薄板的振动对比
Figure BDA0003139568880000062
若利用图2所示的变厚度薄板进行上述振动优化的验证，则能够得到如下表2所示的振动优化结果：
表2.方形变厚度薄板与固定厚度薄板的振动对比
Figure BDA0003139568880000063
Figure BDA0003139568880000071
从上述表1～表2中可以得到如下结论：
本发明的变厚度薄板，在薄板质量不变的前提下，能够有效提升薄板的固有频率，减少发生共振的情况，同时也提高了材料利用率，减轻了薄板的重量。
上述本发明实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明实施例提供的变厚度薄板包括：多个板区，沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为所述变厚度薄板的几何中心，所述每个板区的厚度与所述变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同。能够在薄板质量不变的前提下，有效提升薄板的固有频率，减少发生共振的情况，同时也提高了材料利用率，减轻了薄板的重量。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种变厚度薄板，其特征在于，包括：
多个板区，沿着变厚度薄板的几何中心向边缘依次围绕分布，每个板区的几何中心均为所述变厚度薄板的几何中心，所述每个板区的厚度与所述变厚度薄板的边长之比小于预设阈值；且相邻两个板区的厚度不同。
2.如权利要求1所述的变厚度薄板，其特征在于，每个板区的形状均为轴对称图形。
3.如权利要求2所述的变厚度薄板，其特征在于，每个板区为圆环状。
4.如权利要求1-3中任一所述的变厚度薄板，其特征在于，所述变厚度薄板包括三个板区，沿着所述变厚度薄板的几何中心向边缘依次为第一板区、第二板区以及第三板区。
5.如权利要求4所述的变厚度薄板，其特征在于，所述第一板区的厚度等于所述第三板区的厚度。
6.如权利要求5所述的变厚度薄板，其特征在于，所述第二板区的厚度大于所述第一板区的厚度。
7.如权利要求6所述的变厚度薄板，其特征在于，所述第一板区包括：
中心区域；
围绕所述中心区域外接的十二个长方形外突区域。
8.如权利要求7所述的变厚度薄板，其特征在于，
所述长方形外突区域的长为宽的两倍；
所述中心区域的边长为所述长方形外突区域长的两倍。
9.如权利要求8所述的变厚度薄板，其特征在于，所述中心区域为正方形，
在所述正方形的每个边均外接有三个长方形外突区域，其中，从所述正方形的一端到另一端，依次为所述三个长方形外突区域中的第一长方形外突区域、第二长方形外突区域以及第三长方形外突区域。
10.如权利要求9所述的变厚度薄板，其特征在于，
所述第一长方形外突区域以及所述第三长方形相对于所述第二长方形外突区域突出，以形成相对于所述第二长方形外突区域对称的结构。
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