[發明專利]一種雙層自旋折紙蜂窩夾層吸能材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011390293.0
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112743933B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 李成;齊佳旗;段玥晨;鐵瑛;鄭艷萍;趙華東;侯玉亮;胡春幸
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B15/18;B32B15/20;B32B3/12;B32B7/12;B32B37/10;B32B37/12;B32B37/06
• 代理公司: 鄭州科碩專利代理事務所(普通合伙) 41157
• 代理人: 汪鎮

本發明提供一種雙層自旋折紙蜂窩夾層吸能材料，包括芯層以及覆蓋于所述芯層上下端面的金屬蒙皮，所述芯層由折紙蜂窩胞元陣列而成，所述折紙蜂窩胞元由上下對稱設置的折紙蜂窩單胞構成，所述折紙蜂窩單胞與所述金屬蒙皮的接觸端為大徑端，另一端為小徑端，所述大徑端和小徑端均呈正六邊形，且所述大徑端的邊長為所述小徑端的邊長的兩倍，且所述小徑端的法向投影與所述大徑端的對應邊之間的夾角為0°~30°，所述折紙蜂窩單胞的大徑端和小徑端均為敞口設計。芯層因外力被壓縮而產生變形，將外部載荷的動能吸收轉化為雙層自旋折紙蜂窩夾層結構的應變能，使得被保護體的受載過程更為平緩，以達到吸能減振的效果。

技術領域

本發明屬于防護吸能材料技術領域，具體涉及一種吸能夾層結構及其制備方法，充當防護吸能材料。

背景技術

“節能、環保、安全”一直是交通運輸產業發展的重要主題，隨著能源緊缺、環境污染和交通事故等問題的不斷出現，人們對能源節約、環境保護和交通安全的要求也日益提高，新型輕量化吸能材料便應運而生。近年來，隨著材料制備及成型技術的日益成熟，出現了多種以夾層結構為設計框架的輕型吸能材料：蜂窩夾層結構、泡沫夾層結構、點陣夾層結構、瓦楞夾層結構和折紙夾層結構等，它們具有優良的力學性能，質量輕，比模量大，抗振，隔音，隔熱，吸能強等優點，可以滿足車輛、船舶、航空、航天等諸多方面材料結構需求。

傳統正六邊形蜂窩是當代輕量化設計中經常采用的一種減重、吸能結構，為了改變蜂窩夾層板的吸能性能，已有數種方法在文獻中被提出（Gunes R(2016) Developmentof numerical realistic model for predicting low-velocity impact response ofaluminium honeycomb sandwich structures. Journal of Sandwich Structures andMaterials18(1) :95-112. ;Tolga T(2018) Investigation of low velocity impactbehaviors of honeycomb sandwich composites. Journal of Mechanical Science andTechnology32(7) :3161-3167. ;Giulia P(2018) Single and double-layer honeycombsandwich panels under impact loading. International Journal of ImpactEngineering121 :77-90），然而這些改變蜂窩夾層結構吸能性能的方法種類有限，并且都是在改變其材料或幾何參數的基礎上提出的，在實際應用中具有一定的局限性：（1）傳統正六邊形蜂窩結構的初始屈曲載荷較高，觸發其變形吸能機制需要較大的能量，因此在與人體等易受損保護對象發生碰撞時，很難起到保護效果；（2）對于傳統正六邊形蜂窩結構，雖然能夠通過增大芯層單元邊長等手段改善其吸能性能，但是在應用空間有限的環境中（如頭盔、護具、發動機罩等），蜂窩結構設計尺寸受限，因此這類方法很難滿足實際應用需求。