本發(fā)明屬于抗高過載結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種薄壁金屬管梯次緩沖吸能結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

薄壁金屬管塑性變形緩沖器是能量吸收裝置的一種，它主要由薄壁金屬管和錐臺兩部分組成，被保護對象以一定的速度沖擊錐臺，當(dāng)被保護對象和錐臺的慣性力超過金屬管的閾值時，由于金屬管定徑段的內(nèi)徑小于錐臺的外徑，被保護對象與錐臺沿金屬管軸向運動，使得金屬管徑向發(fā)生彈塑性變形，金屬管徑向彈塑性變形與金屬管和錐臺間的摩擦力共同形成了對錐臺和被保護對象的緩沖力，緩沖力的大小與金屬管的材料、壁厚以及錐角等結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。薄壁金屬管在擴徑過程中的過載峰值和穩(wěn)定區(qū)緩沖力的穩(wěn)定性是衡量薄壁金屬管組合吸能結(jié)構(gòu)是否優(yōu)越的兩個重要指標。

當(dāng)前薄壁金屬管吸能結(jié)構(gòu)的不定徑段通常是以與金屬管軸線成一定夾角的直線方式進行過渡，但是由于在高速沖擊過程中的應(yīng)力波作用，使得金屬管在作用初期出現(xiàn)一個較高的過載峰值；隨著吸能材料的不斷壓縮，填充在金屬管內(nèi)部的吸能材料與金屬管內(nèi)壁劇烈摩擦，使部分吸能材料附著在金屬管內(nèi)壁，夾在錐臺與金屬管之間，嚴重影響穩(wěn)定區(qū)緩沖力的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述不足之處，本發(fā)明的目的在于：提供一種薄壁金屬管梯次緩沖吸能結(jié)構(gòu)，使其能夠降低金屬管作用的初期峰值，提高過載穩(wěn)定區(qū)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)金屬管的分段式吸能，提高薄壁金屬管組合結(jié)構(gòu)的吸能效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：提供一種薄壁金屬管梯次緩沖吸能結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括：錐臺、薄壁金屬管、緩沖材料及帶有弧度的圓餅狀剪切板；所述錐臺的橫截面為圓形，錐臺的母線呈圓弧形狀，且側(cè)面刻有環(huán)形刻槽；所述薄壁金屬管由不定徑段和定徑段組成，薄壁金屬管的不定徑段呈圓弧狀，不定徑段的曲率與錐臺曲率相同，對應(yīng)錐臺上的環(huán)形刻槽設(shè)置有凸起結(jié)構(gòu)；定徑段由n級（n≥1）串聯(lián)而成，錐臺與薄壁金屬管之間采用間隙配合；所述圓餅狀剪切板設(shè)置于相鄰兩定徑段之間；相鄰兩定徑段的連接處內(nèi)側(cè)會形成寬度為t的間隙，用于設(shè)置圓餅狀剪切板。

所述薄壁金屬管分為等壁厚、不等壁厚兩種結(jié)構(gòu)；其中等壁厚結(jié)構(gòu)的定徑段與不定徑段壁厚相等；不等壁結(jié)構(gòu)中不定徑段的壁厚小于定徑段的壁厚，在定徑段與不定徑段的連接位置，配合不定徑段的厚度對定徑段接口處位置進行削減，削減結(jié)構(gòu)為楔形結(jié)構(gòu)，削減后的剪切面與不定徑段形成夾角α，α選取130°～160°。

所述緩沖材料選擇吸能材料和緩沖材料中的任意一種，其中，選擇單位體積吸能量較大的多孔泡沫材料作為儲能材料，選取橡膠、彈性膠泥中的任意一種；吸能材料選擇蜂窩狀的金屬材料，選取泡沫鋁、泡沫鋼、泡沫銅中的任意一種。

圓餅狀剪切板的材料屬性、規(guī)格以及U型槽深度根據(jù)被保護對象允許的最大過載值確定；刻槽的尺寸及圈數(shù)取決于緩沖材料的材料屬性，金屬管的結(jié)構(gòu)參數(shù)（壁厚、錐角、材料等）取決于薄壁金屬管組合式吸能結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合。

本發(fā)明的有益效果是：可應(yīng)用于汽車保險杠、航天器著陸器、彈載設(shè)備的過載保護等，有效降低了金屬管緩沖吸能結(jié)構(gòu)在作用過程中的初期峰值，提高了穩(wěn)定區(qū)的穩(wěn)定性，有助于保障人員及設(shè)備的安全；同時，降低了因為初期峰值以及過載的波動而造成人員傷亡或儀器損壞的概率。

附圖說明

圖1是等壁厚新型薄壁金屬管緩沖吸能結(jié)構(gòu)圖；

圖2是非等壁厚新型薄壁金屬管緩沖吸能結(jié)構(gòu)圖；

圖3是錐臺結(jié)構(gòu)圖；

圖4是薄壁金屬管結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1、被保護對象；2、錐臺；3、刻槽；4、緩沖材料；5、薄壁金屬管；6、不定徑段；7、n級吸能定徑段；8、圓餅狀剪切板。

具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明所給出的結(jié)構(gòu)作出說明。如圖1、2所示，為了提高錐臺2的材料強度，將成型的錐臺2淬火處理，將淬火處理后的錐臺2進行去應(yīng)力退火，消除錐臺2內(nèi)部應(yīng)力。如圖3所示，錐臺2的母線呈圓弧狀，錐臺2底面直徑與薄壁金屬管定徑段7的內(nèi)徑相同，錐臺2與金屬管的不定徑段6通過間隙配合方式進行配合。緩沖材料4的高度略低于薄壁金屬管定徑段7，錐臺2的刻槽3尺寸取決于緩沖材料4對薄壁金屬管5內(nèi)壁的粘附性，緩沖材料4的粘附性較高時刻槽3的尺寸稍大，防止緩沖材料4在薄壁金屬管5內(nèi)壁過多，填滿刻槽3，使刻槽3失去作用。

如圖4所示，圓餅狀剪切板8與薄壁金屬管定徑段7配合，根據(jù)實際需要選擇薄壁金屬管定徑段7的長度以及分段數(shù)，相鄰兩定徑段的連接處內(nèi)側(cè)會形成寬度為t的間隙，用于設(shè)置圓餅狀剪切板。

薄壁金屬管5的壁厚、錐角、以及材料屬性等關(guān)鍵參數(shù)取決于被保護對象1對錐臺2的作用力，通過調(diào)節(jié)薄壁金屬管5的錐角、材料以及金屬管5的壁厚，可以使金屬管組合吸能結(jié)構(gòu)適用于不同的工作場合。

安裝過程：安裝順序應(yīng)從薄壁金屬管最底端開始，首先，將成型的圓餅狀剪切板8放置到薄壁金屬管定徑段7的平臺上，安裝上一級薄壁金屬管；然后，將預(yù)制高度的緩沖材料4安裝到薄壁金屬管5中，后面的圓餅狀剪切板8以及緩沖材料4依次安裝；其次，將錐臺2與薄壁金屬管5的不定徑段6進行配合，薄壁金屬管5的不定段6與錐臺2以圓弧接觸，有一定自定心作用；最后，將被保護對象1安裝在錐臺2上，被保護對象1的底面最大直徑應(yīng)小于錐臺2的直徑。根據(jù)該緩沖器的應(yīng)用的場合，將多組新型薄壁金屬管緩沖吸能結(jié)構(gòu)并聯(lián)使用，可達到吸能穩(wěn)定、安裝方便的效果。