專利名稱：一種級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種載荷緩沖吸能裝置，特別是一種薄壁金屬管結(jié)構(gòu)的載荷緩沖吸能
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
薄壁金屬管(也稱為柱狀金屬薄壁結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其變形破壞模式穩(wěn)定、能量吸收可控，因此作為緩沖吸能結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于與碰撞安全密切相關(guān)的領(lǐng)域，如車輛、航天器以及工程防護等。
2003年第27卷的《南京理工大學(xué)學(xué)報》“薄壁圓柱殼軸向動力屈曲的實驗研究”中公開了一種薄壁金屬管的緩沖裝置，利用薄壁金屬管在軸向屈曲過程中的折疊變形來達到吸能的目的，這種方案在應(yīng)用中存在著以下問題一、變形模式會受到金屬管的徑厚比和長徑比等因素的影響，如長徑比過大的金屬管就會發(fā)生歐拉屈曲達不到緩沖的目的；二、在緩沖后期金屬管屈曲后疊加在一起，行程利用率不高，即吸能元件有效變形長度與初始長度之比不高，不利于緩沖吸能；三、薄壁金屬管軸向屈曲時，載荷波動較大，緩沖力不平穩(wěn)，載荷效率即平均載荷/峰值載荷的比值通常較低。2009年中國發(fā)明專利ZL200910064833. 9公開了一種錐環(huán)、脹環(huán)和多孔緩沖材料
組合在一起的組合式緩沖器，利用各個子緩沖器的沖擊曲線錯位疊加，改善單一緩沖器存在的載荷波動大等缺點，有效改善了緩沖平穩(wěn)特性，但是存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，且多個子緩沖器緩沖效果難以精確匹配，此外該緩沖器仍存在緩沖行程利用率較低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有薄壁金屬管緩沖裝置存在緩沖行程利用率較低、緩沖吸能效率低的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，用于沖擊或撞擊試驗的級聯(lián)式緩沖吸能裝置，具有緩沖行程利用率高、緩沖吸能效率高等特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特殊之處在于包括沿載荷方向依次級聯(lián)式設(shè)置至少兩個緩沖單元，任一緩沖單元包括至少一個金屬管，且相鄰緩沖單元金屬管的數(shù)量不同時為I ;任一緩沖單元的多個金屬管長度相同且軸向均與載荷方向平行；相鄰緩沖單元的金屬管相互交錯放置且端面接觸；任一緩沖單元的金屬管由塑性材料制成；各級緩沖單元的金屬管的軸向剛度以及材料屈服強度均不相同，每一級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度均大于或者小于相鄰級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度。上述緩沖吸能裝置包括沿載荷方向依次級聯(lián)式設(shè)置的兩個緩沖單元。上述緩沖吸能裝置包括沿載荷方向依次級聯(lián)式交替設(shè)置的三個緩沖單元。
上述任一緩沖單元的金屬管為多邊形管或圓管。上述任一緩沖單元的金屬管的材料為為鋁、鋼或銅。上述任一后一級緩沖單元的相鄰金屬管之間的間隙大于該相鄰金屬管管徑之和的八分之一。本發(fā)明具有的有益效果是I、本發(fā)明采用多個緩沖單元，且緩沖單元之間切割緩沖以及緩沖單元折疊屈曲的級聯(lián)緩沖方法，有效提高了緩沖行程利用率和緩沖吸能效率。2、本發(fā)明緩沖前期采用多級緩沖單元切割緩沖吸能的方法，有效減小了載荷隨位移的波動，且峰值載荷和平均載荷相近，提高了載荷效率。 3、本發(fā)明通過改變金屬管數(shù)量、金屬管材料、金屬管橫截面形狀等參數(shù)，可以有效改變緩沖裝置的平均載荷、能量吸收量、行程利用率等指標，擴展了緩沖裝置的應(yīng)用范圍。


圖I為本發(fā)明級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置示意圖；圖2為圖I的俯視圖；圖3為本發(fā)明載荷隨位移變化曲線示意圖；圖4為本發(fā)明級另一種級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置示意圖；圖5為圖4的俯視圖；其中附圖標記為1-載荷；2_前一級緩沖單元；3_后一級緩沖單元。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，沿載荷方向設(shè)置有前一級沖單元和后一級沖單元，前一級緩沖單元和后一級緩沖單元沒有前后之分；每個緩沖單元都包括至少一個金屬管且兩個緩沖單元的金屬管的數(shù)量不能同時為I ;每個緩沖單元的金屬管均可采用多邊形管或圓管，每個緩沖單元的金屬管軸向均與載荷方向平行；前一級緩沖單元的多個金屬管長度相同，后一級緩沖單元的多個金屬管長度相同；前一級緩沖單元的金屬管和后一級緩沖單元的金屬管相互交錯放置且端面接觸；后一級緩沖單元的任意相鄰金屬管之間設(shè)置有間隙。每個緩沖單元的金屬管均由鋼、鋁、銅等塑性材料制成，所有緩沖單元的金屬管的軸向剛度以及材料屈服強度均不相同，每一級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度均大于或者小于相鄰級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度，同一級緩沖單元的金屬管的軸向剛度以及材料屈服強度均相等，(兩處相鄰級是指沿載荷方向區(qū)分，或者同時與載荷方向同向，或者同時與載荷方向相反)這樣可防止載荷加載前一級階段時，金屬管自身彎曲變形，導(dǎo)致切割不均勻甚至無法完成切割過程，同時可保證順利切割。例如后一級緩沖單元3的軸向剛度大于前一級緩沖單元2的軸向剛度，同時后一級緩沖單元3的材料屈服強度大于前一級緩沖單元2的材料屈服強度；或者后一級緩沖單元3的軸向剛度小于前一級緩沖單元2的軸向剛度，同時后一級緩沖單元3的材料屈服強度小于前一級緩沖單元2的材料屈服強度；在上述材料性能前提下，在載荷加載的前一級階段，無論二者的壁厚如何，相鄰級別的緩沖單元中有一級緩沖單元在剪切作用下均發(fā)生斷裂破壞，例如后一級緩沖單元3被載荷沿軸向逐步壓入前一級緩沖單元2，前一級緩沖單元I被后一級緩沖單元3切割后其破損部分從后一級緩沖單元3的金屬管之間的間隙或邊緣處擠出，實現(xiàn)對載荷的持續(xù)緩沖；載荷加載的后一級階段，后一級緩沖單元3發(fā)生折疊屈曲，進一步緩沖吸能。在前一級階段切割緩沖吸能過程中，由于不存在金屬管的折疊屈曲，有效減小了載荷隨位移的波動，且峰值載荷和平均載荷相近，提高了載荷效率。后一級階段為當前一級緩沖單元2切割破壞結(jié)束后，后一級緩沖單元3發(fā)生軸向折疊屈曲，從而達到進一步吸能的目的，有效提高了緩沖行程利用率和緩沖吸能效率。為了確保前一級緩沖單元2被切割破壞后，后一級緩沖單元3能夠順利發(fā)生軸向折疊屈曲，后一級緩沖單元3的任意相鄰金屬管之間在徑向方向留有一定間隙，優(yōu)選該間隙大于該兩個相鄰金屬管管徑之和的八分之一。圖4和圖5為三個緩沖單元構(gòu)成的級聯(lián)式載荷緩沖吸能的結(jié)構(gòu)示意圖。沿載荷方向依次設(shè)置有前一級緩沖單元、后一級緩沖單元以及第三緩沖單元，前一級緩沖單元、后一級緩沖單元以及第三緩沖單元的金屬管的軸向剛度、材料屈服強度均不相同。每一級緩沖 單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度均大于或者小于相鄰級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度。例如前一級緩沖單元的金屬的軸向剛度和材料屈服強度均大于后一級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度，且后一級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度均大于第三緩沖單元。在上述材料性能前提下，在載荷的作用下無論壁厚如何，首先，第三緩沖單元被后一級緩沖單元逐步切割；然后，后一級緩沖單元被前一級緩沖單元逐步切割；最后，前一緩沖單元發(fā)生折疊屈曲，進一步緩沖吸能。當然本發(fā)明雖然只列舉了二個緩沖單元、三個緩沖單元，其實可以根據(jù)需要進行三個以上緩沖單元的級聯(lián)，其原理及工作過程同上。
權(quán)利要求
1.一種級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特征在于包括沿載荷方向依次級聯(lián)式設(shè)置至少兩個緩沖單元， 任一緩沖單元包括至少一個金屬管，且相鄰緩沖單元金屬管的數(shù)量不同時為I; 任一緩沖單元的金屬管長度相同且軸向均與載荷方向平行；相鄰緩沖單元的金屬管相互交錯放置且端面接觸； 任一緩沖單元的金屬管由塑性材料制成； 各級緩沖單元的金屬管的軸向剛度以及材料屈服強度均不相同，每一級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度均大于或者小于相鄰級緩沖單元的金屬管的軸向剛度和材料屈服強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特征在于所述緩沖吸能裝置包括沿載荷方向依次級聯(lián)式設(shè)置的兩個緩沖單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特征在于所述緩沖吸能裝置包括沿載荷方向依次級聯(lián)式交替設(shè)置的三個緩沖單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特征在于所述任一緩沖單元的金屬管為多邊形管或圓管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特征在于所述任一緩沖單元的金屬管的材料為為鋁、鋼或銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，其特征在于所述任一后一級緩沖單元的相鄰金屬管之間的間隙大于該相鄰金屬管管徑之和的八分之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種級聯(lián)式載荷緩沖吸能裝置，包括沿載荷方向依次級聯(lián)式設(shè)置至少兩個緩沖單元，任一緩沖單元包括至少一個金屬管，且相鄰緩沖單元金屬管的數(shù)量不同時為1，任一緩沖單元的多個金屬管長度相同且軸向均與載荷方向平行，相鄰緩沖單元的金屬管相互交錯放置且端面接觸。本發(fā)明解決了現(xiàn)有薄壁金屬管緩沖裝置存在緩沖行程利用率較低、緩沖吸能效率低的技術(shù)問題，具有緩沖行程利用率高、緩沖吸能效率高等特點。
文檔編號F16F7/12GK102829119SQ20121030539
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者徐海斌, 張德志, 譚書舜, 馬艷軍, 梁志剛, 景吉勇 申請人:西北核技術(shù)研究所