[發(fā)明專(zhuān)利]基于聚能效應(yīng)的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)及防護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611207233.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106839887B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王萬(wàn)軍;祝明水;呂軍軍;付秋菠;高原
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類(lèi)號(hào): F41J1/01
• 分類(lèi)號(hào): F41J1/01
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專(zhuān)利事務(wù)所51213
• 代理人: 秦華云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及沖擊防護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聚能效應(yīng)的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)及防護(hù)方法。

背景技術(shù)

針對(duì)強(qiáng)沖擊波、爆炸載荷、高速撞擊等強(qiáng)外載的高效防護(hù)結(jié)構(gòu)在國(guó)防工事及重要民用設(shè)施上具有重要的應(yīng)用價(jià)值，在此背景下，出現(xiàn)了多層復(fù)合靶防護(hù)結(jié)構(gòu)，典型如“三明治”式的復(fù)合靶，如圖1所示，該復(fù)合靶包括緩沖層A20、緩沖層B30和緩沖層C40，緩沖層A20、緩沖層B30和緩沖層C40從外到內(nèi)依次復(fù)合而成。在兩層波阻抗較大的材料中添加一層波阻抗較小的材料，通過(guò)沖擊波阻抗匹配，起到抗沖擊作用。但是，這種防護(hù)結(jié)構(gòu)存在防護(hù)能力上限不足的問(wèn)題，在沖擊載荷很大的情況下，有可能導(dǎo)致防護(hù)失效，如圖2提供了此種復(fù)合靶在緩沖層B30中所檢測(cè)到的沖擊波壓力曲線(xiàn)圖，可以得出此種復(fù)合靶在緩沖層B30中所檢測(cè)到?jīng)_擊波峰值壓力大于15Gpa。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚能效應(yīng)的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)及防護(hù)方法，在強(qiáng)沖擊載荷作用下，沖擊壓力經(jīng)過(guò)分流層時(shí)，剖面為四邊形的環(huán)狀空腔結(jié)構(gòu)塌縮或者形成聚能效應(yīng)，將絕大部分沖擊波能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能并向兩側(cè)的支撐半環(huán)分流，同時(shí)向分流層中心部位傳播稀疏波，大幅度的降低分流層中心部位的沖擊波壓力，提高對(duì)分流層中心部位以及核心防護(hù)區(qū)域的防護(hù)能力。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于聚能效應(yīng)的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)，從外至內(nèi)包括前置緩沖層、分流層和后置緩沖層，所述分流層包括第一支撐半環(huán)、第二支撐半環(huán)和分流層中心柱，所述第一支撐半環(huán)和第二支撐半環(huán)分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于分流層中心柱兩側(cè)，所述第一支撐半環(huán)和第二支撐半環(huán)構(gòu)成一個(gè)支撐環(huán)整體，所述第一支撐半環(huán)與分流層中心柱之間構(gòu)成第一空腔結(jié)構(gòu)，所述第二支撐半環(huán)與分流層中心柱之間構(gòu)成第二空腔結(jié)構(gòu)，所述第一空腔結(jié)構(gòu)與第二空腔結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成一個(gè)環(huán)狀空腔結(jié)構(gòu)；所述前置緩沖層與分流層固定連接，分流層與后置緩沖層固定連接，所述后置緩沖層內(nèi)側(cè)中心區(qū)域?yàn)楹诵姆雷o(hù)區(qū)域。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述分流層中心柱從外到內(nèi)依次包括大直徑段中心柱和小直徑段中心柱，在第一空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的大直徑段中心柱與小直徑段中心柱之間所形成的夾角為第一空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)角，在第一空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的第一支撐半環(huán)與大直徑段中心柱之間所形成的夾角為第一空腔結(jié)構(gòu)外角；所述分流層靠近前置緩沖層一側(cè)表面為外表面，所述第一空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)角的角平分線(xiàn)與分流層外表面的交點(diǎn)位于分流層的中心軸線(xiàn)上；所述第一空腔結(jié)構(gòu)外角的角平分線(xiàn)垂直于分流層外表面，或者所述第一空腔結(jié)構(gòu)外角的角平分線(xiàn)不經(jīng)過(guò)核心防護(hù)區(qū)域。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述分流層中心柱從外到內(nèi)依次包括大直徑段中心柱和小直徑段中心柱，在第二空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的大直徑段中心柱與小直徑段中心柱之間所形成的夾角為第二空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)角，在第二空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的第二支撐半環(huán)與大直徑段中心柱之間所形成的夾角為第二空腔結(jié)構(gòu)外角；所述分流層靠近前置緩沖層一側(cè)表面為外表面，所述第二空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)角的角平分線(xiàn)與分流層外表面的交點(diǎn)位于分流層的中心軸線(xiàn)上；所述第二空腔結(jié)構(gòu)外角的角平分線(xiàn)垂直于分流層外表面，或者所述第二空腔結(jié)構(gòu)外角的角平分線(xiàn)不經(jīng)過(guò)核心防護(hù)區(qū)域。

本發(fā)明優(yōu)選的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)方案如下：所述前置緩沖層由橡膠或塑料或其他波阻抗較低且塑性較強(qiáng)的金屬材料或其他波阻抗較低且塑性較強(qiáng)的非金屬材料制造而成；所述后置緩沖層由橡膠緩沖材料制造而成。

本發(fā)明優(yōu)選的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)方案如下：所述前置緩沖層、分流層和后置緩沖層從外到內(nèi)依次通過(guò)焊接方式固定連接。

作為優(yōu)選，所述環(huán)狀空腔結(jié)構(gòu)的空腔剖面呈半圓形或錐形或拋物形狀。

本發(fā)明由前置緩沖層、分流層和后置緩沖層組成，前置緩沖層、分流層和后置緩沖層通過(guò)焊接方式固連在一起。分流層通過(guò)機(jī)械加工的方式在其內(nèi)部形成一個(gè)剖面為四邊形的環(huán)狀空腔結(jié)構(gòu)，該四邊形的底邊保持水平，四邊形上邊可以?xún)A斜或者水平，但應(yīng)該保證靠近中軸線(xiàn)的第一空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)角和第二空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)角的角平分線(xiàn)朝向外側(cè)；兩個(gè)支撐半環(huán)所構(gòu)成的支撐環(huán)為具有一定厚度的柱狀殼體，支撐環(huán)上部與分流層凸出的外沿固連在一起，其下部與后置緩沖層接觸。本發(fā)明適用于沖擊波峰值壓力應(yīng)大于分流層材料剪切強(qiáng)度5倍的強(qiáng)沖擊載荷。

一種基于聚能效應(yīng)的能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)方法，其防護(hù)方法如下：

A、在核心防護(hù)區(qū)域內(nèi)側(cè)放置被保護(hù)的重要設(shè)備，沖擊物或沖擊波從能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)外部沖擊能量分流式強(qiáng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，存在如下兩個(gè)情況：