[发明专利]一种冲击能量吸收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量吸收装置，特别是涉及一种冲击能量吸收装置。

背景技术

随着社会不断发展以及人类活动需求的不断提高，冲击能量吸收材料及其装置的使用越来越广泛，军事装置、反恐设施、高速铁路、汽车、建筑结构、机械保护零部件等都已经或即将使用大量的冲击能量吸收材料。由于有惯性效应和应力波效应，动态载荷较之于静态载荷对于系统承载能力考验更大。因此如何选择高性能的吸能材料是当今工程技术的关键难点之一。传统的能量耗散材料和装置一般是基于金属材料的塑性变形，细胞束或者泡沫材料的屈曲，聚合物的变形缓冲，纺织复合材料的内部摩擦和相变等，一般吸能能力约为1J/g～10J/g，这些材料在受到线性、低速小质量冲击时能够较好地实现吸能功能，然而一旦受到非线性、高速冲击，其吸能效果就会大幅下降，主要原因在于应力区域化以及材料响应时间太长。此外，传统吸能材料的动态载荷因子k，k＝σ_dσ_q，即某应变率下的动态加载的最大承受应力σ_d与准静态加载的最大承受应力σ_q之比，一般较低，使得系统选择与设计受到很大限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能对各类冲击载荷进行有效的冲击能量吸收，从而达到安全目的的冲击能量吸收装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种冲击能量吸收装置，包括上层平板、下层平板以及位于上层平板和下层平板之间的中间层，其特征在于：所述中间层由两层多个半球体组成，每层的多个半球体均呈矩阵状排列，并且两层的半球体相互一一对应并且倒置设置，每个半球体所在的球体的表达式为x²/a²+y²/b²+z²/c²=1，该半球体为沿x-z平面切开，每层半球体的底部平面分别与上层平板以及下层平板连接，而且两层半球体的顶部在中间层的中间相互重叠2d距离，其中0.1≤(b-d)/2a≤10。

优选地，该中间层的每层的多个半球体之间，在x方向和z方向，分别具有m和n的间距，该m和n满足0.9m≤n≤1.1m。

优选地，所述m=n。

该半球体为半椭球体，所述a≠b或c≠b。

所述上层平板和下层平板的尺寸相同，厚度也相同，并且上层平板和下层平板的尺寸大于该中间层的尺寸，厚度与中间层也不同。

所述上层平板、下层平板以及中间层均采用聚氨基甲酸乙酯、尼龙高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于本发明的冲击能量吸收装置抗冲击能力较高，具有高度的动态稳定性，在冲击载荷下不易失稳，而且成本低廉、原材料获取难度低、制作工艺非常成熟，成型所需模具成本较低、几何结构简单，开模成型率高，非常适合批量流水线生产。

附图说明

图1为本发明冲击能量吸收装置的侧视图。

图2为沿图1中A-A线的剖视图。

图3为本发明冲击能量吸收装置的俯视图。

图4为球体在x-y平面的示意图。

图5为本发明的冲击能量吸收装置的载荷-位移曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的冲击能量吸收装置，如图1-3所示，包括上层平板1，下层平板2以及位于上层平板1和下层平板2之间的中间层3，形成“三明治夹心”形式的宏观多层结构。

该中间层3由两层半球体组成，每层的多个半球体均呈矩阵状排列，并且两层的半球体相互一一对应并且倒置设置，而且在两层的半球体连接的位置相互重叠2d距离。每个半球体其所在球体的表达式为x²/a²+y²/b²+z²/c²=1。在x-y平面上，如图4所示，其投影曲线的表达式为x²/a²+y²/b²=1，每个半球体为该球体在x-z平面上切开的半个，即每个半球体的底部平面表达式为：x²/a²+z²/c²=1。每层半球体的底部平面分别与上层平板1和下层平板2连接，两个半球体的顶部在中间层3的中间相互重叠2d距离，即每个半球体所露出的高度为b-d。