[發(fā)明專利]一種多周期吸能結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510530943.X
• 申請(qǐng)日: 2015-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105082635A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董志華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B3/28
• 分類號(hào): B32B3/28;B32B33/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種吸能結(jié)構(gòu)，具體涉及一種多周期吸能結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

吸能結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)大的沖擊力具有緩沖保護(hù)作用，可以靠本身發(fā)生的某些變化(例如自身結(jié)構(gòu)的形變)將外在沖擊力轉(zhuǎn)換成其內(nèi)能，從而達(dá)到吸收外界沖擊能量的作用。吸能結(jié)構(gòu)的這種特性使其在交通運(yùn)輸裝置防撞(如汽車側(cè)面的防撞結(jié)構(gòu))、生產(chǎn)生活安全防護(hù)、包裝運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用。最理想的吸能結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：(1)質(zhì)量輕；(2)體積小；(3)吸能效果好；(4)碰撞熱量的及時(shí)釋放。現(xiàn)存技術(shù)包括中空薄壁結(jié)構(gòu)和金屬蜂窩結(jié)構(gòu)等，這些材料在一定場(chǎng)合的吸能效果較理想，但是它們具有共同的缺點(diǎn)，第一是它們的結(jié)構(gòu)尺度較大，同時(shí)在碰撞過(guò)程中形變量大，并且由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，碰撞過(guò)程中結(jié)構(gòu)對(duì)于沖擊力的承受不均勻，這使得它們?cè)谀承┲匾膱?chǎng)合不能應(yīng)用。舉例來(lái)講，現(xiàn)有蜂窩鋁結(jié)構(gòu)在車輛防撞方面具有較好的緩沖吸能效果，但是，如果要起到較好的防護(hù)效果，其軸向長(zhǎng)度在米數(shù)量級(jí)。另外，蜂窩結(jié)構(gòu)在吸能效率(單位質(zhì)量可以吸收的能量)方面仍然具有較大的改進(jìn)空間。由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的這一缺點(diǎn)，使其不能應(yīng)用在轎車的側(cè)面防護(hù)上。而轎車的側(cè)面防護(hù)恰恰是最為薄弱的，因?yàn)楝F(xiàn)有的轎車正面都有整體的碰撞吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以在一定程度上有效保護(hù)駕乘人員的安全。同時(shí)，重型貨車的駕駛室?guī)缀跷挥谲嚿淼淖钋岸耍懊嬉残枰浅?qiáng)的緩沖吸能結(jié)構(gòu)，這對(duì)于保護(hù)駕乘人員的意義非常重大。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以往吸能結(jié)構(gòu)因厚度過(guò)大而限制其應(yīng)用場(chǎng)合的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種多周期吸能結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在吸能效率方面將有極大程度的提高，從而降低整體的厚度和質(zhì)量，極大拓展其應(yīng)用空間。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種多周期吸能結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由上層板單元、中空吸能單元、中間夾心板單元和下層板單元構(gòu)成，頂層中空吸能單元上方設(shè)有上層板單元，底層中空吸能單元上方設(shè)有下層板單元，中空吸能單元之間設(shè)有中間夾心板單元；相鄰單元由環(huán)氧膠粘接或者由焊接方式固定形成；中空吸能層由中空?qǐng)A錐體、中空正n棱椎體或中空半橢圓體中的一種立體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，n≥3；所述中空吸能層中立體結(jié)構(gòu)的高線和上、下板單元垂直，上、下層板單元與中間夾心板單元互相平行。

所述中空吸能層單元的層數(shù)m≥1，所述夾心面板的層數(shù)比為m-1。

所述每一層中空吸能單元結(jié)構(gòu)完全相同，每一層中空吸能單元高度范圍為50nm～1cm。

所述上、下層板單元厚度為1mm～5mm，中間夾心板單元厚度為50nm～2mm。

所述中空吸能單元中空?qǐng)A錐體高度與中空?qǐng)A錐體底面直徑的比值為1～10，所述中空吸能單元中空正n棱椎體高度與中空正n棱椎體對(duì)角線長(zhǎng)的比值為1～10；所述中空吸能單元中空半橢圓體高度與中空半橢圓體底面圓直徑的比值為1～10。

所述的中空吸能單元的每一個(gè)結(jié)構(gòu)體上都具有開(kāi)口結(jié)構(gòu)，開(kāi)口結(jié)構(gòu)為一個(gè)或多個(gè)；開(kāi)口結(jié)構(gòu)與其所在的結(jié)構(gòu)的截面相似，頂點(diǎn)同向。

所述的中空吸能單元中結(jié)構(gòu)體的排列方式為規(guī)則排列，其單胞為平行四邊形或正六邊形。

相鄰中空吸能單元之間的空間關(guān)系為投影完全重合、偶數(shù)層之間投影重合、奇數(shù)層之間投影重合，奇數(shù)層的單個(gè)格點(diǎn)投影于偶數(shù)層的單胞幾何中心中的一種。

所述中空吸能單元的層間排列，若定義結(jié)構(gòu)體頂點(diǎn)方向向上為1，頂點(diǎn)方向向下為-1，則整個(gè)吸能結(jié)構(gòu)的排列方式有(1,1，1，1…)和(1，-1，1，-1,1……)。

所述上、下層板單元的材料為紙類材料、木纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料金屬合金、玻璃纖維復(fù)合材料、陶瓷或人工聚合物材料；所述中間夾心板單元的材料為紙類材料、木纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料金屬合金、玻璃纖維復(fù)合材料、陶瓷或人工聚合物材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)所述的多周期吸能結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)中空，板組織與板組織之間存在較大間距，所以材料整體密度低，質(zhì)量輕盈。

2)所述的多周期吸能結(jié)構(gòu)，由于采用了微納米級(jí)的中空椎體作為緩沖吸能結(jié)構(gòu)，在單位長(zhǎng)度上，可以獲得更多的緩沖單元，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其整體尺寸將大大縮短。可以直接應(yīng)用于車體的內(nèi)層，對(duì)駕乘人員進(jìn)行有效保護(hù)。也可以設(shè)計(jì)成車門或者不同結(jié)構(gòu)的“盔甲”附著于轎車側(cè)面車門外部或者重型貨車的前臉外部。

3)所述的多周期吸能結(jié)構(gòu)中中空結(jié)構(gòu)陣列的層數(shù)包括但不僅限于一層，可根據(jù)需要場(chǎng)所大小，來(lái)合理選擇該結(jié)構(gòu)陣列的層數(shù)，同時(shí)相應(yīng)增加夾心面板的層數(shù)。材料整體的厚度也可以隨應(yīng)用場(chǎng)合的要求而改變。