[發明專利]金屬蜂窩夾芯組合吸能結構材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710010487.1
• 申請日: 2007-02-23
• 公開（公告）號: CN101251227A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 井玉安;胡林;李維娟;張越飛
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: F16S5/00
• 分類號: F16S5/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及結構功能材料技術領域，特別是一種金屬蜂窩夾芯組合吸能結構材料及其制備方法。

背景技術

自20世紀70年代以來，由于汽車工業的發展使得能量吸收結構和材料的研究越來越受到人們的重視，乘員生命價值的提高使得人們比以往任何時候都更加重視對吸能結構和材料的研究。對于車輛、航天器等運動結構來說，在發生碰撞事故時能夠吸收沖擊能量并保護成員及貴重物品的安全是十分重要的。緩沖吸能元件可以通過結構的屈曲和斷裂來減緩這些運動結構碰撞時的沖擊載荷，耗散沖擊能量，保護成員及貴重物品的安全。作為能量吸收元件應滿足質量輕、比能量吸收高、載荷效率和緩沖效率高、成本低等優點。通常，能夠作為吸能元件的結構很多，例如，薄壁金屬圓管、復合材料管殼、金屬或聚合物泡沫體及蜂窩結構等。這些吸能元件一般不作為附加結構獨立存在，而是與其它結構整合在一起。正常工作時，可以起承載、裝飾等作用；發生事故時，可以通過彈塑性變形和斷裂等形式吸收沖擊載荷、耗散大量的能量。目前，國內外很多學者對能量吸收結構進行了較為細致的研究。NASA?Langley研究中心、Ford汽車公司、Universityof?Michigan、University?of?Cambridge、University?of?Liverpool、Kyoto?Institute?of?Technology以及French?National?Institute?for?Transportation?and?Safety?Research等研究機構對復合材料薄壁管殼的吸能性能進行了詳細的研究；文獻《Cellular?Solids：Structure?and?Properties》對各種胞狀固體的吸能特性進行了理論和試驗研究；文獻《材料與結構的能量吸收-耐撞性·包裝·安全防護》及《圓柱殼沖擊動力學及耐撞性設計》等對復合材料管殼、金屬薄壁殼體以及胞狀材料的沖擊吸能特性進行了大量的試驗研究；這些文獻中的研究內容涉及到緩沖吸能元件的材質及其性能、結構的形式種類、結構的優化設計、撞擊吸能的基本原理、撞擊過程的變形機制以及撞擊過程數值模擬等問題，但大多數是以復合材料圓柱管殼、薄壁結構、鋁合金泡沫等為主進行研究的。這些結構具有較高的比能量吸收性能，但也存在各自的缺點，如制造成本高、載荷效率及緩沖效率低、承載能力低、不能分級吸能以及界面結合薄弱等。一些專利文獻雖然也述及了很多吸能結構和材料，但幾乎沒有直接利用蜂窩結構做吸能裝置的，更未見有利用組合蜂窩結構做吸能裝置的。本發明通過對金屬蜂窩夾芯結構的參數及變形規律進行研究后提供一種組合吸能結構材料及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬蜂窩夾芯組合吸能結構材料及其制備方法，作為交通運載工具的結構部件使用，在承載同時，起到碰撞緩沖吸能的作用。

本發明提供的金屬蜂窩夾芯組合吸能結構材料包括下列部件：外殼、金屬蜂窩夾芯體組合、隔板、金屬釬料層，金屬蜂窩夾芯體組合由1～4塊金屬蜂窩夾芯體組成，其中每個金屬蜂窩夾芯體的端面呈正六邊形蜂窩狀，每塊金屬蜂窩夾芯體之間有隔板，互相縱橫交錯組合，各部件通過金屬釬料層釬焊連接在一起。

本發明所述的外殼包括端蓋和殼體，外殼殼體為矩形斷面管或圓管。

金屬蜂窩夾芯組合吸能結構材料的制備方法，該方法包含以下內容：

a.將金屬板冷彎壓制成半正六邊形波紋板，再將半正六邊形波紋板扣在一起，組成端面為蜂窩狀的金屬蜂窩夾芯體；

b.隔板選用冷軋金屬薄板；

c.外殼由普通金屬薄壁方管或圓管加金屬薄板端蓋制成；

d.利用常規酸或堿清洗液清洗金屬端蓋、金屬殼體、金屬隔板、金屬蜂窩夾芯體；

e.將1～4塊金屬蜂窩夾芯體互相縱橫交錯組合，每塊金屬蜂窩夾芯體之間加金屬隔板，將金屬釬料層夾放在金屬端蓋、金屬殼體、金屬隔板、金屬蜂窩夾芯體之間，并將組合的金屬蜂窩夾芯體置于金屬殼體內，兩端用端蓋封上，然后用夾具夾緊兩端的金屬端蓋；

f.置于真空爐或氣氛爐內，冷態抽真空到1×10^-1～1×10^-2Pa以上或充入Ar或N₂保護氣體，加熱到釬焊溫度，保溫20～50分鐘進行釬焊，冷卻后取出。

本發明與現有技術相比，其顯著的優點在于：