[實用新型]能量吸收材料

無效

• 申請號: 201020248944.8
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN201714890U
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 何云
• 申請（專利權）人: 何云
• 主分類號: F16F7/12
• 分類號: F16F7/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

一、技術領域

本實用新型屬于材料技術領域，特別涉及一種能量吸收材料。

二、背景技術

能量吸收材料能夠將大部分輸入動能通過塑性變形或者其他轉化過程耗散，避免材料彈性回彈對被保護物品的沖擊損害，對被保護的物品起到防護作用，因此其被廣泛的應用于化工、建筑、交通等領域。

目前，多胞蜂窩結構是一種使用廣泛的能量吸收材料。在此類多胞蜂窩結構中，胞元大小多為均勻。對于小孔徑多胞蜂窩結構，其在沖擊變形過程中，雖然平臺應力大小會有所增加，但平臺階段的長度減小，并且對應著較大的初始應力峰值，這對于被防護物是不利的。而對于大孔徑多胞蜂窩狀結構能量吸收材料，雖然其能夠延長平臺階段長度和減小初始應力峰值，但其平臺應力值也相應減小，能量吸收效率降低，也不能實現有效的沖擊防護作用。

三、實用新型內容

發明目的：有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種能量吸收材料，不僅具有小的初始應力峰值，而且具有高的平臺應力值和長的平臺階段，在沖擊的初始階段和壓實階段都能起到有效的防護作用。

技術方案：一種能量吸收材料，該材料為多層結構，每一層材料由球狀胞元組成，球狀胞元之間呈六邊形排列，胞元的直徑按層呈線性梯度排布。所述胞元的直徑R的梯度變化符合公式R＝R₀(1+αY)，其中R₀為沖擊端的胞元孔徑大小，α為梯度系數，α≠0，Y為當前孔所在層區域到沖擊端的最短距離，-1＜αY＜1。該材料優選為2～6層結構。

有益效果：本實用新型的主要目的在于提供一種能量吸收材料，不僅具有小的初始應力峰值，而且具有高的平臺應力值和長的平臺階段，在沖擊的初始階段和壓實階段都能起到有效的防護作用。

四、附圖說明

圖1為本實用新型提供的能量吸收材料的結構示意圖。圖中為三層胞元結構，其中1為胞元。

五、具體實施方式

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。

實施例1

一種能量吸收材料，該材料為3層結構，每一層材料由球狀胞元組成，球狀胞元之間呈6邊形排列，胞元的直徑按層呈線性梯度排布。所述胞元的直徑R的梯度變化符合公式R＝R₀(1+αY)，其中R₀為沖擊端的胞元孔徑大小，α為梯度系數，α≠0，Y為當前孔所在層區域到沖擊端的最短距離，-1＜αY＜1。

實施例2

圖1為本實用新型提供的能量吸收材料的縱向剖面結構示意圖。如圖所示，本實施例中的能量吸收材料具有多胞蜂窩狀結構，各胞元呈六邊形規則排列，胞元的剖面呈圓形，胞元大小不均勻。胞元的直徑沿沖擊方向呈線性梯度變化，公式為胞元孔徑R＝R₀(1+αY)，其中，R₀為沖擊端的胞元孔徑大小，α為梯度系數，Y為當前孔所在層區域到沖擊端的最短距離。

能量吸收材料按胞元直徑的大小分為3層，當梯度系數α＜0時，靠近沖擊端的胞元直徑最大，沿著遠離沖擊端的方向，胞元直徑逐漸減小。本例中能量吸收材料中各層的材料相同，各層的長度沿著遠離沖擊端的方向逐漸減小。

初始峰值應力由靠近沖擊端的胞元層的動力響應確定。當梯度系數α＜0時，靠近沖擊端的胞元直徑最大，因此初始應力峰值較小。

因為能量吸收材料按胞元直徑的大小分為3層，相應的，平臺應力也分為3個階段，每個階段的應力平臺長度由蜂窩材料的相對密度和每層材料的相對厚度決定，應力平臺間值的大小比值約等于兩層胞元孔徑的比值的平方。這樣通過控制不同層間胞元的大小及層厚，即可控制應力平臺長度和應力值的大小。

蜂窩材料的主要的能量耗散發生在平臺區。動態響應曲線顯示，對于α＜0，由于胞元半徑沿遠離沖擊端的方向逐漸減小，平臺應力值逐漸增加，因此其主要通過后程壓縮吸收能量；對于α＞0，其胞元半徑沿遠離沖擊端的方向逐漸增大，平臺應力值逐漸減小，主要通過前程壓縮來吸收能量。這樣通過控制梯度系數的正負可以控制能量吸收的過程。

胞元也可以按正方形排布。胞元的直徑沿沖擊方向也可以不呈線性梯度變化，即梯度系數α的值是不固定的。

能量吸收材料可按實際使用要求設計，按照胞元直徑的大小可以分為更多的層數，而不僅僅分為3層。各層的材料可以相同也可以不同。同樣的，各層的長度可以相同也可以不同。