技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于能量反射和緩沖變形的沖擊波復(fù)合消能防護結(jié)構(gòu)，具體涉及一種沖擊波復(fù)合消能防護裝置，可用于水利工程和國防領(lǐng)域的恐怖襲擊或戰(zhàn)爭條件下對我國西部地區(qū)梯級高壩群等大型水利工程的防護。

背景技術(shù)：

近年來世界恐怖爆炸層出不窮，針對民用設(shè)施及無辜民眾并造成嚴(yán)重人身傷害及財產(chǎn)損失的無疑也屬于災(zāi)害的范疇。從眾多的恐怖爆炸事件分析得知，自殺式汽車炸彈和人體炸彈是恐怖分子選擇爆炸襲擊的主要方式，他們選擇的襲擊目標(biāo)多為大使館，地鐵車站、地鐵車站、汽車站和運動場館等人口聚集或具有特殊重要性的建筑。資料顯示，汽車炸彈在街道爆炸時，“溝谷效應(yīng)”會使沖擊波壓力和沖量增大數(shù)倍，對街區(qū)附近的人群或建筑物造成極大傷害。提高建筑的防護能力已成為國際社會的共識。

目前，一類抗爆設(shè)計未考慮水下爆炸載荷的應(yīng)力波效應(yīng)，而直接采用的是按照放 大靜載荷的方式考慮爆炸載荷，在設(shè)計上采取增加結(jié)構(gòu)剛度的方法，但是由于 該方式會使建筑整體剛度增大，反而容易引起建筑整體破壞；另一類抗爆設(shè)計方面雖考慮到應(yīng)力波效應(yīng)但多為單層軟性材料，僅能對沖擊應(yīng)力波進(jìn)行緩沖吸收，不能實現(xiàn)對能量的反射削減，防爆效果不甚理想，結(jié)構(gòu)承載能力有限，且裝置成型工藝復(fù)雜，成本高，制成的碰撞吸能結(jié)構(gòu)重量大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于能量反射和緩沖變形的沖擊波復(fù)合消能防護結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合多層次的消能方法，可實現(xiàn)輕質(zhì)有效的消能和吸能效果。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種沖擊波復(fù)合消能防護裝置，包括反射消能層和固定設(shè)于反射消能層底部的多棱錐夾芯層，所述反射消能層采用硬質(zhì)材料制成平板狀，所述多棱錐夾芯層包括上碳纖維面板、下碳纖維面板、以及設(shè)于兩個碳纖維面板之間的多個夾芯桿重復(fù)單元，所述夾芯桿重復(fù)單元包含至少三根夾芯桿；所述每一個夾芯桿重復(fù)單元的多根夾芯桿的一端與上碳纖維面板固定相連形成連接節(jié)點，該夾芯桿重復(fù)單元的多根夾芯桿的另一端呈放射狀與下碳纖維面板固定相連形成第二連接點，多根夾芯桿按前述連接方式形成多棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元，下碳纖維面板上的第二連接點又作為一個新的夾芯桿重復(fù)單元的連接節(jié)點設(shè)置數(shù)量相同的夾芯桿，新的夾芯桿重復(fù)單元的多根夾芯桿呈放射狀與上碳纖維面板固定相連形成新的第二連接點，如此重復(fù)連接，直至多棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元均勻分布在兩個碳纖維面板之間形成多棱錐網(wǎng)絡(luò)。

作為改進(jìn)，所述每一個夾芯桿重復(fù)單元的夾芯桿有3-6個。

作為改進(jìn)，反射消能層采用鑄鐵材料制成，其上表面具有一定的粗糙度。

作為改進(jìn)，所述夾芯桿重復(fù)單元有四根夾芯桿，四根夾芯桿組成四棱錐形，多個四棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元在兩個碳纖維面板之間組成四棱錐網(wǎng)絡(luò)。

作為改進(jìn)，所述夾芯桿與兩個碳纖維面板之間通過雙組份環(huán)氧樹脂膠相連，所述反射消能層和多棱錐夾芯層的上碳纖維面板之間也通過雙組份環(huán)氧樹脂膠相連。

作為改進(jìn)，在對夾芯桿與兩個碳纖維面板之間、以及反射消能層和多棱錐夾芯層的上碳纖維面板之間通過雙組份環(huán)氧樹脂膠連接前，先對連接面進(jìn)行機械打磨并/或磷化液化學(xué)氧化處理。

作為改進(jìn)，所述雙組份環(huán)氧樹脂膠為環(huán)氧樹脂與固化劑組成的樂泰膠或鑄工膠。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1.將散射消能結(jié)構(gòu)與多棱錐夾芯層結(jié)合起來，實現(xiàn)了反射消能與變形消能的結(jié)合，雙重結(jié)構(gòu)有效耦合，剛?cè)岵?，可有效阻擋和吸收沖擊波等外部作用；

2.使用碳纖維復(fù)合材料，極大增加了裝置的減震性能和柔性，增強了消能效果；

3.使用環(huán)氧膠膠接方法連接可在保持高比強度、高比剛度的同時，極大的降低成本，在交通運輸、建筑裝飾領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，且由于其通孔結(jié)構(gòu)，功能擴展性強。即應(yīng)用點陣金屬優(yōu)異的力學(xué)性能實現(xiàn)高比強度、高比剛度的輕質(zhì)多孔材料制備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的反射消能層立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的多棱錐夾芯層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例1的多棱錐夾芯層立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-反射消能層，2-上碳纖維面板，3-下碳纖維面板，4-連接節(jié)點，5-夾芯桿。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實施例1

如圖4所示，一種沖擊波復(fù)合消能防護裝置，包括反射消能層1和固定設(shè)于反射消能層1底部的多棱錐夾芯層，所述反射消能層1采用硬質(zhì)材料制成平板狀，如圖3和圖2所示，所述多棱錐夾芯層包括上碳纖維面板2、下碳纖維面板、以及設(shè)于兩個碳纖維面板之間的多個夾芯桿重復(fù)單元，所述夾芯桿重復(fù)單元包含四根夾芯桿5；所述每一個夾芯桿重復(fù)單元的四根夾芯桿5的一端與上碳纖維面板2固定相連形成連接節(jié)點4，該夾芯桿重復(fù)單元的四根夾芯桿5的另一端呈放射狀與下碳纖維面板固定相連形成第二連接點，四根夾芯桿5按前述連接方式形成四棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元，下碳纖維面板上的第二連接點又作為一個新的夾芯桿重復(fù)單元的連接節(jié)點4設(shè)置數(shù)量相同的夾芯桿5，新的夾芯桿重復(fù)單元的四根夾芯桿5呈放射狀與上碳纖維面板2固定相連形成新的第二連接點，如此重復(fù)連接，直至四棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元均勻分布在兩個碳纖維面板之間形成四棱錐網(wǎng)絡(luò)。

如圖1所示，反射消能層1采用鑄鐵材料制成，提高對沖擊波等能量的反射能力，同時表面設(shè)計有一定的粗糙度，Ra在50-100μm之間，可實現(xiàn)對沖擊波中不同波長的應(yīng)力波的反射。

所述夾芯桿5與兩個碳纖維面板之間通過雙組份環(huán)氧樹脂膠相連，所述反射消能層1和多棱錐夾芯層的上碳纖維面板2之間也通過雙組份環(huán)氧樹脂膠相連，雙組份環(huán)氧樹脂膠不僅具有較強的粘結(jié)強度，還具有較好的吸能效果。

在對夾芯桿5與兩個碳纖維面板之間、以及反射消能層1和多棱錐夾芯層的上碳纖維面板2之間通過雙組份環(huán)氧樹脂膠連接前，先對連接面進(jìn)行機械打磨并/或磷化液化學(xué)氧化處理，以增強膠接強度。

所述雙組份環(huán)氧樹脂膠為環(huán)氧樹脂與固化劑組成的樂泰膠或鑄工膠。

沖擊波所含波波長范圍變化較大，當(dāng)沖擊波傳播到反射消能層1時，反射消能層1表面粗糙部分對部分波長較小沖擊波產(chǎn)生一次反射，其后平臺本身再對沖擊波進(jìn)行二次多方向散射削弱沖擊波的能量。完成第一步反射消能后，四棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元與組成的上碳纖維面板2和下碳纖維面板組成的多棱錐夾芯層對剩余沖擊波能量進(jìn)行二次緩沖，碳纖維復(fù)合材料與四棱錐網(wǎng)絡(luò)一同作用，完成耦合消能。

實施例2

實施例2其他部分與實施例1相同，不同之處在于：夾芯桿重復(fù)單元的夾芯桿5為三根，三根夾芯桿5按實施例1中連接方式形成三棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元，三棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元均勻分布在兩個碳纖維面板之間形成三棱錐網(wǎng)絡(luò)。

實施例3

實施例3其他部分與實施例1相同，不同之處在于：夾芯桿重復(fù)單元的夾芯桿5為五根，五根夾芯桿5按實施例1中連接方式形成五棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元，五棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元均勻分布在兩個碳纖維面板之間形成五棱錐網(wǎng)絡(luò)。

實施例4

實施例4其他部分與實施例1相同，不同之處在于：夾芯桿重復(fù)單元的夾芯桿5為六根，六根夾芯桿5按實施例1中連接方式形成六棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元，六棱錐形的夾芯桿重復(fù)單元均勻分布在兩個碳纖維面板之間形成六棱錐網(wǎng)絡(luò)。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了反射消能層1，上碳纖維面板2，下碳纖維面板，連接節(jié)點4，夾芯桿5。等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。