[發(fā)明專利]一種具有鞘翅仿生結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度頭盔

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310447550.7
• 申請日: 2023-04-24
• 公開（公告）號: CN116369619A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張才進(jìn);湯授然;劉瑞喆;劉旻鍇;王榮飛
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: A42B3/06
• 分類號: A42B3/06;A42B3/10;A42B3/08
• 代理公司: 長春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明涉及一種具有鞘翅仿生結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度頭盔，該結(jié)構(gòu)采用了仿生的辦法，仿照鐵定甲蟲在鞘翅處獨(dú)有的一連串形似拼圖的連鎖結(jié)構(gòu)。這種關(guān)節(jié)的幾何結(jié)構(gòu)使其具有出色的機(jī)械連鎖和堅韌性。仿照鐵定甲蟲的該結(jié)構(gòu)，這款頭盔在普通頭盔的基礎(chǔ)上，將頭盔的支撐梁改為鏤空結(jié)構(gòu)，使得其在不影響承重強(qiáng)度的同時大大減少了用料，減輕了頭盔的重量。此外，目前所存在的安全頭盔研究，大多都基于材料改進(jìn)，而且有相當(dāng)部分的研究沒有改進(jìn)過頭盔本體結(jié)構(gòu)。并且新型材料帶來的將是價格上的提升，這將導(dǎo)致其難以應(yīng)用于日常生活中。與現(xiàn)有的頭盔研究相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于可以兼顧頭盔的成本、舒適性以及頭盔的抗沖擊強(qiáng)度。有利于頭盔在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用與推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有特殊結(jié)構(gòu)的頭盔，特別涉及一種基于鐵定甲蟲的鞘翅切片結(jié)構(gòu)，因而具有特殊力學(xué)性能的仿生頭盔。

背景技術(shù)

頭盔是保護(hù)頭部的重要裝具，是降低交通事故對人身造成致命傷害的防護(hù)裝備之一，在各類體育運(yùn)動中它亦被廣泛采用。由于從事活動類型不同，頭盔結(jié)構(gòu)、式樣和使用要求也會具有差異。但頭盔主要仍由襯里、懸掛和外殼裝置三部分組成。襯里和懸掛起到支撐、吸汗、保暖和減震功能。而殼體是頭盔最重要的組成部分，它通常由強(qiáng)度較高的金屬、工程塑料或凱芙拉纖維制成，在受到?jīng)_擊載荷時能夠依靠形變來吸收大部分動能，從而保護(hù)頭部免受傷害。

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市售且具有3C安全認(rèn)證的安全頭盔普遍在數(shù)百元左右，普通沒有經(jīng)過認(rèn)證的頭盔價格集中在50至200元之間。考慮到價格因素，大部分消費(fèi)者會傾向于購買價格低廉、不符合安全標(biāo)準(zhǔn)的頭盔。另外，即使佩戴安全認(rèn)證的頭盔，在交通事故中仍難免受到重大甚至致命傷害。根據(jù)2020年交通部公布的交通事故數(shù)據(jù)，非機(jī)動車事故造成人員死亡率約15％，摩托車事故造成駕駛員死亡率高達(dá)23％。在這其中，80％的死亡都是由頭部損傷引起。面對如此高的頭部傷害致死率，設(shè)計新型的頭盔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升安全頭盔的力學(xué)性能，同時降低頭盔的生產(chǎn)成本，是促使高性能安全頭盔廣泛應(yīng)用、降低人員在交通事故中死亡率的必要條件。

鐵定甲蟲是一種陸生甲蟲，身長約2厘米，具有異常堅硬的外骨骼，可以承受大約3.9萬倍其體重的重量，即使被汽車碾過都可以“毫發(fā)無損”。究其原因，是因?yàn)槠淝食崽幱幸贿B串的形似拼圖的連鎖結(jié)構(gòu)，這些關(guān)節(jié)的幾何結(jié)構(gòu)使其具有出色的機(jī)械連鎖和堅韌性。并且由于其中部鏤空的結(jié)構(gòu)，使其比傳統(tǒng)的實(shí)心梁結(jié)構(gòu)具有價格更低、力學(xué)性能更佳的特點(diǎn)。因此，此類結(jié)構(gòu)的低成本和高強(qiáng)度特征，可應(yīng)用于安全頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計上。通過將本結(jié)構(gòu)運(yùn)用于頭盔的承重梁部分，有望兼顧頭盔的成本、舒適性以及頭盔的抗沖擊強(qiáng)度。有利于頭盔在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用與推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計及性能，而提出的一種具有鞘翅仿生結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度頭盔。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)：

包括一個殼體，一個內(nèi)襯和一個調(diào)整帶，所述殼體與內(nèi)襯和調(diào)整帶通過熱熔膠粘連在一起，其特征在于，還包括：

殼體主體，所述殼體主體上存在仿照鐵定甲蟲鞘翅處切片結(jié)構(gòu)的孔洞。

殼體梁，所述殼體梁由三部分拼接在一起，整體插入殼體主體中。

可選地，所述殼體在內(nèi)襯和調(diào)整帶外部，包住內(nèi)襯和調(diào)整帶。

可選地，所述內(nèi)襯和調(diào)整帶為一體，且為柔性材料制成，其上方設(shè)置有通孔。其與殼體中間存在空隙，由具有通孔的防震材料填充，且均由熱熔膠粘連在一起。

可選地，所述通孔為類矩形通孔。

所述孔洞按一定規(guī)律分布在殼體主體上，所述拼接后的梁通過孔洞插入殼體主體，通過摩擦力固定在殼體主體上。

可選地，所述梁由三部分組成，連接部分為仿照的鐵定甲蟲鞘翅切片處的拼圖結(jié)構(gòu)，三部分拼接后的整體梁的切面形狀為仿照的鐵定甲蟲的鞘翅處的切片形狀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn):