[發(fā)明專(zhuān)利]一種含剪切增稠液的雙管薄壁吸能結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210652360.4
• 申請(qǐng)日: 2022-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114962511B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈超明;張浩然;陸振乾;陳鵬;馬一江;劉暢
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F16F1/00
• 分類(lèi)號(hào): F16F1/00;C09K3/00
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

本發(fā)明公開(kāi)了一種含剪切增稠液的雙管薄壁吸能結(jié)構(gòu)，包括豎直設(shè)置的波紋管、同軸等高設(shè)置在波紋管內(nèi)且沿豎直方向開(kāi)設(shè)有若干個(gè)窗口的窗格管、套設(shè)在窗格管外側(cè)用于密封窗口的密封圈、填充在窗格管內(nèi)腔和/或填充在波紋管和窗格管之間的內(nèi)腔中的剪切增稠液、用于密封波紋管和窗格管上端的上端蓋以及用于密封波紋管和窗格管下端的下端蓋。本發(fā)明中波紋管在受到?jīng)_擊時(shí)，波紋處的彎矩及應(yīng)力會(huì)更大，使得波紋管在受到?jīng)_擊時(shí)易引導(dǎo)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形；窗格管沿窗口一周的區(qū)域由于開(kāi)窗的緣故剛度較小，同樣會(huì)引導(dǎo)結(jié)構(gòu)在窗口處發(fā)生變形；則在沖擊的初始階段，管波紋和窗口均可以引導(dǎo)結(jié)構(gòu)按照預(yù)設(shè)的路徑和形式發(fā)生變形，從而有效地降低碰撞初始階段的峰值載荷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑、橋梁、海洋平臺(tái)等大型結(jié)構(gòu)以及船舶、汽車(chē)等交通工具的吸能結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種含剪切增稠液的雙管薄壁吸能結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

剪切增稠液(STF)是一種非牛頓流體，由固體顆粒分散在液體介質(zhì)中制成的懸浮液，它的粘度隨著剪切速率的變化而變化，粘度-剪切速率曲線呈現(xiàn)出經(jīng)典的三段式形態(tài)，即剪切變稀-剪切增稠-剪切變稀。剪切增稠液在常態(tài)下為液態(tài)，但在受到?jīng)_擊或剪切時(shí)，會(huì)瞬間從“液態(tài)”轉(zhuǎn)化為“固態(tài)”，這一過(guò)程中可以吸收大量的能量，且這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程無(wú)需額外的激勵(lì)觸發(fā)裝置。因?yàn)榧羟性龀硪旱倪@一特性，剪切增稠液常被填充于吸能結(jié)構(gòu)中以進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)的吸能特性。

目前為了降低沖擊碰撞事件帶來(lái)的損失，需要在易于發(fā)生碰撞的部位安裝防護(hù)結(jié)構(gòu)。金屬薄壁吸能結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的防護(hù)結(jié)構(gòu)多由金屬薄壁管件(方管或圓管)及其衍生結(jié)構(gòu)制作而成，其以輕質(zhì)、生產(chǎn)成本低、易于加工以及吸能特性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、高鐵、飛機(jī)、船舶等交通工具的碰撞能量耗散系統(tǒng)中。這種吸能結(jié)構(gòu)主要通過(guò)其自身金屬的塑性變形來(lái)耗散沖擊所產(chǎn)生的動(dòng)能，受到?jīng)_擊載荷后，在沖擊方向產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的承載結(jié)構(gòu)變形量，并且變形可靠穩(wěn)定。

通常耐撞性能優(yōu)異的金屬薄壁吸能結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：在初始碰撞階段具有較低的初始峰值力，以保障吸能結(jié)構(gòu)還未發(fā)生變形受保護(hù)的結(jié)構(gòu)已受到損傷；結(jié)構(gòu)具有較高的比吸能；結(jié)構(gòu)可以發(fā)生可靠穩(wěn)定的變形，這樣在碰撞的過(guò)程中可以有效地保護(hù)人或設(shè)備。根據(jù)以上的特點(diǎn)要求，現(xiàn)有的技術(shù)方案有：

公布號(hào)為CN102975674A的專(zhuān)利中提出在汽車(chē)保險(xiǎn)杠中的縱梁中添加剪切增稠液，該縱梁為方形薄壁管結(jié)構(gòu)。雖填充剪切增稠液在一定程度上可以增加結(jié)構(gòu)的吸能，但該結(jié)構(gòu)總體上承載能力較弱，在碰撞載荷較大的情況下，不能有效地抵御軸向沖擊力，很容易造成車(chē)內(nèi)人員及設(shè)備的損傷；且方管結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊時(shí)不能沿軸向進(jìn)行可靠穩(wěn)定的變形容易發(fā)生不規(guī)則變形，結(jié)構(gòu)的吸能效率會(huì)大大下降。

公布號(hào)為CN106347463A的專(zhuān)利中設(shè)計(jì)了一種由多個(gè)仿生結(jié)構(gòu)陣列而成的吸能結(jié)構(gòu)，雖然多個(gè)仿生結(jié)構(gòu)在一定程度上可以增加結(jié)構(gòu)的整體剛體以增加結(jié)構(gòu)的吸能，但是這種結(jié)構(gòu)的弊端是不能有效地降低結(jié)構(gòu)地初始峰值載荷。

公布號(hào)為CN109532731的專(zhuān)利中提出填充蜂窩的二級(jí)潰縮多胞薄壁結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是在第一結(jié)構(gòu)體設(shè)置有沿正弦曲線軌跡缺陷的圓孔以及誘導(dǎo)槽，可引導(dǎo)結(jié)構(gòu)變形實(shí)現(xiàn)對(duì)初始沖擊載荷的緩沖；在第二錐形結(jié)構(gòu)體中填充三層蜂窩以增加結(jié)構(gòu)的吸能，但其制作、安裝工藝過(guò)于復(fù)雜，實(shí)施難度較大，其使用的碳纖維板成本較高，很難滿足碰撞吸能結(jié)構(gòu)的大量需求。

因此，亟待解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種含剪切增稠液的雙管薄壁吸能結(jié)構(gòu)，旨在增大結(jié)構(gòu)的吸能和比吸能以及結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊時(shí)提供更穩(wěn)定可靠的變形模式以提高結(jié)構(gòu)的吸能效率。

本發(fā)明的第二目的是提供一種含剪切增稠液的雙管薄壁吸能結(jié)構(gòu)的制備方法。