一種沖擊能量吸收裝置制造方法
【專利摘要】一種沖擊能量吸收裝置，包括上層平板、下層平板以及位于上層平板和下層平板之間的中間層，其特征在于：所述中間層由兩層半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應(yīng)并且倒置設(shè)置，每個半球體所在的球體表達式為x2/a2+y2/b2+z2/c2=1，該半球體為沿x-z平面切開，每層半球體的底部平面分別與上層平板以及下層平板連接，而且兩層半球體的頂部在中間層的中間相互重疊2d距離，其中0.1≤(b-d)/2a≤10。本實用新型的沖擊能量吸收裝置抗沖擊能力較高，具有高度的動態(tài)穩(wěn)定性，在沖擊載荷下不易失穩(wěn)，而且成本低廉、原材料獲取難度低、制作工藝非常成熟，成型所需模具成本較低、幾何結(jié)構(gòu)簡單，開模成型率高，非常適合批量流水線生產(chǎn)。
【專利說明】一種沖擊能量吸收裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種能量吸收裝置，特別是涉及一種沖擊能量吸收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會不斷發(fā)展以及人類活動需求的不斷提高，沖擊能量吸收材料及其裝置的使用越來越廣泛，軍事裝置、反恐設(shè)施、高速鐵路、汽車、建筑結(jié)構(gòu)、機械保護零部件等都已經(jīng)或即將使用大量的沖擊能量吸收材料。由于有慣性效應(yīng)和應(yīng)力波效應(yīng)，動態(tài)載荷較之于靜態(tài)載荷對于系統(tǒng)承載能力考驗更大。因此如何選擇高性能的吸能材料是當(dāng)今工程技術(shù)的關(guān)鍵難點之一。傳統(tǒng)的能量耗散材料和裝置一般是基于金屬材料的塑性變形，細胞束或者泡沫材料的屈曲，聚合物的變形緩沖，紡織復(fù)合材料的內(nèi)部摩擦和相變等，一般吸能能力約為lj/g~10J/g，這些材料在受到線性、低速小質(zhì)量沖擊時能夠較好地實現(xiàn)吸能功能，然而一旦受到非線性、高速沖擊，其吸能效果就會大幅下降，主要原因在于應(yīng)力區(qū)域化以及材料響應(yīng)時間太長。此外，傳統(tǒng)吸能材料的動態(tài)載荷因子k，k = O d/O q，即某應(yīng)變率下的動態(tài)加載的最大承受應(yīng)力O d與準(zhǔn)靜態(tài)加載的最大承受應(yīng)力O ^之比，一般較低，使得系統(tǒng)選擇與設(shè)計受到很大限制。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能對各類沖擊載荷進行有效的沖擊能量吸收，從而達到安全目的的沖擊能量吸收裝置。
[0004]本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種沖擊能量吸收裝置，包括上層平板、下層平板以及位于上層平板和下層平板之間的中間層，其特征在于:所述中間層由兩層多個半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應(yīng)并且倒置設(shè)置，每個半球體所在的球體的表達式為x2/a2+y2/b2+Z2/c2=l，該半球體為沿x-z平面切開，每層半球體的底部平面分別與上層平板以及下層平板連接，而且兩層半球體的頂部在中間層的中間相互重疊2d距離，其中0.1 ( (b-d)/2a ( 10。
[0005]優(yōu)選地，該中間層的每層的多個半球體之間，在X方向和z方向，分別具有m和n 的間距，該m和n滿足0.9m ^ n ^ 1.lm。
[0006]優(yōu)選地,所述m=n。
[0007]該半球體為半橢球體，所述a古b或c古b。
[0008]所述上層平板和下層平板的尺寸相同，厚度也相同，并且上層平板和下層平板的尺寸大于該中間層的尺寸，厚度與中間層也不同。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型的沖擊能量吸收裝置抗沖擊能力較高，具有高度的動態(tài)穩(wěn)定性，在沖擊載荷下不易失穩(wěn)，而且成本低廉、原材料獲取難度低、制作工藝非常成熟，成型所需模具成本較低、幾何結(jié)構(gòu)簡單，開模成型率高，非常適合批量流水線生產(chǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型沖擊能量吸收裝置的側(cè)視圖。
[0011]圖2為沿圖1中A-A線的剖視圖。
[0012]圖3為本實用新型沖擊能量吸收裝置的俯視圖。
[0013]圖4為球體在x_y平面的示意圖。
[0014]圖5為本實用新型的沖擊能量吸收裝置的載荷-位移曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0016]本實用新型的沖擊能量吸收裝置，如圖1-3所示，包括上層平板1，下層平板2以及位于上層平板I和下層平板2之間的中間層3，形成“三明治夾心”形式的宏觀多層結(jié)構(gòu)。
[0017]該中間層3由兩層半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應(yīng)并且倒置設(shè)置，而且在兩層的半球體連接的位置相互重疊2d距離。每個半球體其所在球體的表達式為x2/a2+y2/b2+Z2/c2=l。在x-y平面上，如圖4所示，其投影曲線的表達式為x2/a2+y2/b2=l，每個半球體為該球體在x-z平面上切開的半個，即每個半球體的底部平面表達式為:X2/a2+z2/c2=l。每層半球體的底部平面分別與上層平板I和下層平板2連接，兩個半球體的頂部在中間層3的中間相互重疊2d距離，即每個半球體所露出的高度為b-d。
[0018]并且，如圖1-3所示，該中間層的每層的半球體之間，在X方向和z方向，分別具有 m和n的間距,該m和n滿足0.9m < n < 1.1m,并且優(yōu)選地,該m和n相同。并且上述的參數(shù)a、b和d之間，滿足0.1 ( (b-d)/2a≤10，這樣可以防止動載荷作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲失穩(wěn)。并且優(yōu)選地，所述a古b或c古b,即該半球體為半橢球。
[0019]該上層平板I和下層平板2的水平尺寸相同，即在x-z平面上的尺寸，并且該中間層3的尺寸小于該上層平板I和下層平板2，上層平板I和下層平板2的厚度也相同，與中間層3的厚度不同。上層平板I和下層平板2的尺寸p、q可視實際情況而定。
[0020]上層平板1、下層平板2以及中間層3均采用聚氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子材料等具有高拉伸、壓縮強度，密度小，延展性好的高分子材料制成。整個系統(tǒng)在加載速度為lm/s的低速沖擊載荷下載荷-位移曲線見圖5所示。
[0021]上述沖擊能量吸收裝置一般可采用整體出模加工工藝，即該中間層3的半球體為實心。當(dāng)中間層3的半球體為空心，也即球殼時，也可采用將上層平板1、下層平板2以及中間層3分開出模然后粘接而成。如有需要，可將上層平板I和下層平板2與中間層與倒置球殼的重合處省去。
[0022]上述a、b、c、d以及m、n和p、q等尺寸，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要進行調(diào)整
取值，而沒有一定的取值范圍。
[0023]以上層平板1、中間層3和下層平板2之間一體出模成型為例，該沖擊能量吸收裝置的制造方法如下所述:
[0024]I)加熱，將聚氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子等高分子材料，加熱至400攝氏度~800攝氏度，具體溫度根據(jù)具體高分子材料調(diào)整，使得對象高分子材料處于熱粘流體狀態(tài)；[0025]2)塑料成型模具制作，根據(jù)具體實施要求，確定上層平板1、下層平板2和中間層 3的各設(shè)計參數(shù)，并據(jù)此進行模具制作；
[0026]3)成型，將流動的高分子材料緩慢注入根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定值加工好的模具中，注 入速度可根據(jù)具體高分子材料實施對象加以控制；
[0027]4)冷卻硬化，24小時內(nèi)空冷或風(fēng)機冷卻，即成型。
[0028]從整體上看，本實用新型的沖擊能量吸收裝置采用類似“三明治夾心”結(jié)構(gòu)。該結(jié) 構(gòu)已經(jīng)被相關(guān)科學(xué)研究文獻及專利技術(shù)證明具有較為優(yōu)異的沖擊能量吸收作用；從局部上 看，本實用新型的沖擊能量吸收裝置的中間層采用半球體倒置連接方式，由于半球體并非 等截面圓柱體，既具有初始的屈曲缺陷，能夠引導(dǎo)結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下進行合理變形，又具有 一定的剛度，使得抗沖擊能力較高。
[0029]本實用新型的沖擊能量吸收裝置結(jié)構(gòu)具有高度的動態(tài)穩(wěn)定性，使得結(jié)構(gòu)在沖擊載 荷下不易失穩(wěn)，從而避免了結(jié)構(gòu)承載能力的喪失。本實用新型的沖擊能量吸收裝置采用聚 氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子材料等具有高拉伸、壓縮強度， 密度小，延展性好等高分子材料作為原材料，高分子材料具有很高的動態(tài)載荷因子k，這是 由于該材料在高應(yīng)變率沖擊下，材料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度急劇上升，從而導(dǎo)致材料發(fā)生韌脆 相變，材料楊氏模量提高幾個數(shù)量級，能夠夠很好地吸收能量，應(yīng)對沖擊載荷。
[0030]而且本實用新型的沖擊能量吸收裝置采用聚氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂 高聚物、聚酰胺高分子材料等具有高拉伸、壓縮強度，密度小，延展性好的高分子材料作為 原材料，成本低廉、原材料獲取難度低、制作工藝非常成熟。成型所需模具成本較低、幾何結(jié) 構(gòu)簡單，開模成型率高，非常適合批量流水線生產(chǎn)。
[0031]本實用新型的沖擊能量吸收裝置可以廣泛應(yīng)用于軍事、民用建筑、載運工具、體育 運動器材設(shè)備、機械設(shè)備等領(lǐng)域中。
[0032]盡管以上詳細地描述了本實用新型的優(yōu)選實施例，但是應(yīng)該清楚地理解，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊能量吸收裝置，包括上層平板(I)、下層平板(2)以及位于上層平板(I)和下層平板(2)之間的中間層(3)，其特征在于:所述中間層(3)由兩層多個半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應(yīng)并且倒置設(shè)置，每個半球體所在的球體表達式為x2/a2+y2/b2+z2/c2=l，該半球體為沿x_z平面切開，每層半球體的底部平面分別與上層平板(I)以及下層平板(2)連接，而且兩層半球體的頂部在中間層(3)的中間相互重疊2d距離，其中0.1 ≤(b-d)/2a≤10。
2.如權(quán)利要求1所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:該中間層(3)的每層的多個半球體之間，在X方向和z方向，分別具有m和n的間距,該m和n滿足0.9m ≤ n ≤ 1.lm。
3.如權(quán)利要求2所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:所述m=n。
4.如權(quán)利要求1所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:所述a古b或c古b。
5.如權(quán)利要求1所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:所述上層平板(I)和下層平板(2)的尺寸相同，厚度也相同，并且上層平板(I)和 下層平板(2)的尺寸大于該中間層(3) 的尺寸，厚度與中間層(3)也不同。
【文檔編號】B32B3/10GK203410102SQ201320378949
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】許駿, 陳曦 申請人:寧波新綠方能源科技有限公司