[發明專利]包括沖擊接收組件和能量耗散組件的沖擊吸收結構

有效

• 申請號: 201980018695.7
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN111868470B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: G·蒂爾
• 申請（專利權）人: 辛拜爾希斯有限公司
• 主分類號: F41H5/04
• 分類號: F41H5/04
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 顧小曼;張微

提供一種沖擊吸收結構(1)。沖擊吸收結構(1)包括沖擊接收組件(3)，其能夠在接收初始碰撞沖擊波之后，將該沖擊波分離成至少第一沖擊波(S11)和與第一沖擊波(S11)在時間上間隔開的第二沖擊波(S122)。沖擊吸收結構(1)還包括與沖擊接收組件(3)相鄰的能量耗散組件(5)，使得在時間上間隔開的沖擊波(S11、S122)能夠穿過從沖擊接收組件(3)到能量耗散組件(5)的界面。能量耗散組件(5)包括化學元素或化合物，諸如方解石，其在經歷第一沖擊波(S11)時表現出從第一相到第二相(52)的第一位移相變，在經歷第二、稍后沖擊波(S122)時表現出從第二相(52)到第三相(53)的第二位移相變，以及在第二沖擊波(S122)之后卸載時表現出從第三或稍后相到第一相(53)的第三位移相變，該化合物因而表現出其中耗散了彈性能量的滯后循環。

技術領域

本發明涉及沖擊吸收結構。

背景技術

現有技術的沖擊吸收結構包含被設計成在撞擊過程中耗散能量的復合材料。例如，以商品名出售的芳族聚酰胺纖維復合材料因具有耗散與該撞擊相關聯的較大量能量的能力而被廣泛用于防彈裝甲。然而，現有技術的沖擊吸收結構存在的問題在于，在撞擊過程中施加到該結構中的能量通過該結構的大塑性變形和纖維之間的摩擦的內功(間隙摩擦)而耗散。這種變形是不可逆的，這意味著該結構使用壽命有限，并且在有限數量的撞擊事件之后必須更換該結構。

某些材料在彈性加載和卸載時表現出滯后循環，使得能量耗散在材料內，并且材料能夠恢復到其原始未變形狀態。方解石就是此種材料的示例。

方解石在彈性加載和卸載過程中耗散能量的能力，是由于材料在加載循環期間經歷了多個位移相變(displacive?phase?change)。位移相變是指其中材料的原子通過晶格的平移或變形而重新排列其自身，因此非常快速且可逆。

圖1中示意性地示出方解石晶體在準靜態靜水力加載和卸載下表現出的滯后循環，其中x軸表示載荷“P”，y軸表示材料內的應變“L-L₀/L”。可以看出，在標記為“X”的箭頭方向上開始加載時，方解石處于其第一相，即相I(圖1中標記為“I”)，然后在負載“A”第一相變(phase?change)啟動時，標記為“I-II”，其中相I方解石轉變為相II方解石。在標記為“II”的相II方解石進一步加載時，達到負載“B”，在此開始第二相變，標記為“II-III”。在第二相變期間，相II方解石變成相III方解石。在第三相(圖1中標記為“III”)期間，相III方解石被加載至負載“C”，隨之在標記為“Y”的箭頭方向上卸載。在卸載期間達到負載“D”時，開始標記為“III-I”的第三相變，其中相III方解石轉變為相I方解石，然后完全卸載相I方解石以恢復其原始未變形的形狀。如圖1中的曲線可見，在加載和卸載期間發生的相變的結果是其中彈性能已耗散的滯后循環。

Grady，D.E.已研究了方解石的沖擊壓縮(1986),“在CaCO₃中的高壓釋放波測量和相變”(High-Pressure?Release-Wave?Measurements?and?Phase?Transformation?inCaCO₃)in?Y.M.Gupta(Ed.),Shock?Waves?in?Condensed?Matter(pp.589-593頁)，Spokane,WA:Springer?US，并且觀察到，在撞擊過程中，方解石內會產生沖擊波，該沖擊波將方解石壓縮到足以使其相變。然而，在正常的撞擊條件下(即在未正確設計沖擊序列時)，穿過材料的第一沖擊會自動導致方解石從相I過渡到相III，繞過從相I到相II的相變。這是因為I-III沖擊波速度比I-II沖擊波速度更快。在圖2中示意性地示出，在滯后循環中所示的繞過相II的結果。可以看出，在加載時，在負載“A’”和“B’”之間發生了從相I到相III的相變，標記為“I-III”，并且在卸載時，在類似負載之間發生了從相III到相I的相變，標記為“III-I”。這導致與圖1的滯后循環中相比耗散的能量少得多。

本發明試圖減輕上述問題。

發明內容