[实用新型]一种防撞吸能结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能量吸收元件，可以通过可控的塑性变形吸收撞击能量，避免需要保护的人员或构件受到伤害。

背景技术

能量吸收元件广泛应用于改善车辆的耐撞性、工业事故以及个人的安全防护等领域。在强动载荷作用下，能量吸收元件应当能够将大部分外载荷所做的功，通过塑性变形或者其他耗散过程转换成非弹性能，而不是转换成弹性变形能储存，以避免对需要保护的人员或构件造成二次伤害。此外，材料与结构的能量吸收过程应该以一种和缓的形式进行，冲击加载峰值或加速度脉冲必须控制在一个可以接受的范围。这就要求在保证能量吸收功能的同时，尽可能地提高能量吸收元件的耐撞性。

近年来，以微结构弹塑性屈曲和脆性断裂为特征的平台变形特性使多胞结构成为一种理想的吸能结构。此类多胞结构中胞元的几何构型和尺寸大多是不变的。对于相对密度较大的轴力主导型蜂窝（比如三角形蜂窝）结构，其在冲击载荷作用下，承载能力明显增加，但具有较大的输出应力，平台阶段的长度也相应缩短，这对于被保护构件十分不利。而对于相对密度较小的弯曲主导型蜂窝（比如六角形、菱形蜂窝）结构，虽然其能延长平台阶段长度和减小输出应力，但其承载能力也相应减小，总能量吸收效率降低，也不能达到冲击防护的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种输出应力值较小，而且具有较高的承载能力的防撞吸能结构，以便对人员或构件实施有效保护。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种防撞吸能结构，它由至少一个弯曲主导型吸能层和至少一个轴力主导型吸能层叠放连接而成，弯曲主导型吸能层和轴力主导型吸能层间隔排列，它们的横截面均为网状，弯曲主导型吸能层和轴力主导型吸能层的网状横截面的网孔形状不同。

上述防撞吸能结构，所述弯曲主导型吸能层的网状横截面的网孔形状为六角形或菱形。

上述防撞吸能结构，所述轴力主导型吸能层的网状横截面的网孔形状为三角形。

上述防撞吸能结构，所述弯曲主导型吸能层和轴力主导型吸能层的总层数为3～6层。

本实用新型将弯曲主导型吸能层和轴力主导型吸能层结合在一起，不仅具有较低的输出应力值，而且具有较高的承载能力和较长的平台阶段，因而可对人员或构件实施有效保护。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1和图2分别是吸能结构的两个实施例的横断面示意图。

图中各标号清单为：1、弯曲主导型吸能层，2、轴力主导型吸能层，A、冲击端，B、固定端。

具体实施方式

本实用新型采用多层式结构，它至少具有三个吸能层，这些吸能层分为两种，一种是弯曲主导型吸能层，一种是轴力主导型吸能层，两种吸能层间隔排列。两种吸能层具有不同的能量吸收特性：弯曲主导型吸能层具有较低的相对密度，其平台应力值较小，平台阶段相应拉长；轴力主导型吸能层在一定程度上强化了结构，提升了本装置的能量吸收能力，相应的平台应力值较大，可以根据实际情况合理布置。两种吸能层组合后优势互补，使得本实用新型不仅具有较低的输出应力值，而且具有较高的承载能力和较长的平台阶段，因而可对人员或构件实施有效保护。

本实用新型中的多胞结构，又称多孔结构，意思是指含孔的结构，它包含蜂窝结构和泡沫结构。轴力主导型（又称拉伸主导型），是指在受到冲击荷载作用时，这类结构的胞壁（连接各个结点的孔壁）主要承受轴力作用，其他内力（比如剪力和弯矩）可以忽略；此时，单胞主要通过内部各个胞壁的拉压来抵抗外载和整体变形，这类结构称之为轴力主导型蜂窝。弯曲主导型，它与轴力主导型截然不同，这类结构主要是通过内部各个胞壁的弯曲来抵抗外载。

对于相同几何构型的吸能层，其能量吸收能力与材料性质有关，材质的屈服应力越大，吸能层的平台应力值越高，通过调整吸能层的材质可以调整其平台应力，从而提高吸能层的能量吸收率。

吸能层的承载能力与其相对密度有关，相对密度越大，其承载能力越强，通过调整吸能层的相对密度，可调整其平台应力值。

实施例1：图1是由横截面的网孔形状为六角形的弯曲主导型吸能层1和横截面的网孔形状为三角形的轴力主导型吸能层2构成的防撞吸能结构。该吸能装置将弯曲主导型吸能层1放置于冲击端和固定端，其初始加载峰值和输出应力相应减小。将轴力主导型吸能层2放置于中间段，平台应力值相应增加，能量吸收能力提高。这种结构主要通过中间段的轴力主导型吸能层2来吸收能量，冲击能量主要耗散在平台阶段。

实施例2：图2所示的防撞吸能结构与第一实施例相似，区别在于弯曲主导型吸能层1和轴力主导型吸能层2的布置方式不同，该结构能够逐级提高各阶段的平台应力值和能量吸收率。