1.一种非均质金属阻尼棒,其特征在于:包括三个工作区域,三个所述工作区域分别为端部固定区、弹性模量优化区和减震耗能区,所述端部固定区的材料、所述弹性模量优化区的材料和所述减震耗能区的材料均不相同,所述端部固定区包括第一端部固定区和第二端部固定区,所述弹性模量优化区包括第一弹性模量优化区和第二弹性模量优化区,所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区、所述减震耗能区、所述第二弹性模量优化区和所述第二端部固定区自所述非均质金属阻尼棒的一端向所述非均质金属阻尼棒的另一端依次设置,所述第一端部固定区和所述第二端部固定区对称设置,所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区对称设置;所述非均质金属阻尼棒设置有镂空结构,所述镂空结构包括所述第一端部固定区和所述第二端部固定区设置的通孔、所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区设置的镂空孔,所述第一端部固定区的所述通孔与所述第一弹性模量优化区的所述镂空孔连通,所述第二端部固定区的所述通孔与所述第二弹性模量优化区的所述镂空孔连通;所述第一弹性模量优化区和所述第二弹性模量优化区均采用铁基合金粉末制成;所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ni含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ti含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区、所述第一弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Co含量由所述减震耗能区向所述第一端部固定区均呈等差数列降低;所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ni含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区、所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Ti含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区、所述第二弹性模量优化区采用的铁基合金粉末中的Co含量由所述减震耗能区向所述第二端部固定区均呈等差数列降低;所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ni含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ni含量相同,所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ti含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Ti含量相同,所述第一弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Co含量与所述第二弹性模量优化区靠近所述减震耗能区的铁基合金粉末中的Co含量相同。
2.一种权利要求1所述的非均质金属阻尼棒的制造方法,其特征在于:包括以下几个步骤:步骤一,根据力学指标设计非均质金属阻尼棒的外形,进行初步的实心三维模型的建立;步骤二,将步骤一中所建的实心三维模型导入有限元分析软件中,给非均质金属阻尼棒的不同工作区域设定不同的材料本构模型及受力边界条件;步骤三,通过有限元分析软件对实心三维模型进行结构的变密度优化,缩减关键受力部位的尺寸,形成镂空结构,得到非均质金属阻尼棒的构型;步骤四,将非均质金属阻尼棒的构型导入3D打印软件进行切片分层,给非均质金属阻尼棒不同工作区域设定不同成份的金属粉末,进而对非均质金属阻尼棒进行3D打印;步骤五,对非均质金属阻尼棒进行热处理、喷丸处理及表面防腐。
3.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法,其特征在于:所述步骤一中,根据现有的榫形钢棒的图纸及力学指标,由图纸得到非均质金属阻尼棒的外形尺寸,使用三维建模软件进行初步的实心三维模型的建立。
4.根据权利要求3所述的非均质金属阻尼棒的制造方法,其特征在于:所述步骤一中,现有的榫形钢棒的力学指标为塑性变形区域材料强度在800Mpa-1000Mpa之间,现有的榫形钢棒的变径公式为 ,其中,D为现有的榫形钢棒的第一待优化区或第二待优化区的直径,x为直径计算处与现有的榫形钢棒的中点的距离。
5.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法,其特征在于:所述步骤二中,在有限元分析软件中将模型离散化、网格化,针对非均质金属阻尼棒的不同工作区域选取不同的网格单元,设置不同的材料本构模型。
6.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法,其特征在于:所述步骤三中,端部固定区及弹性模量优化区的强度大于减震耗能区的强度;减震耗能区的弯折能力大于端部固定区及弹性模量优化区的弯折能力;减震耗能区的抗疲劳能力均大于端部固定区及弹性模量优化区的抗疲劳能力;采用变密度方法,即以连续变量的密度函数 的形式显式地表达网格单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系,得到结构最佳的传力路线,然后将传力路线之外多余的网格单元去掉,从而形成镂空结构;其中, x i,j 为第i个子域内第j个单元的相对密度, 为减震耗能区材料的弹性模量,P为惩罚因子。
7.根据权利要求2所述的非均质金属阻尼棒的制造方法,其特征在于:所述步骤五中,热处理的温度为500℃,保温6小时,取出后空冷;喷丸处理的喷丸压力为0.5MPa。