[发明专利]一种多工况匹配自适应逆势安全结构

说明书

一种多工况匹配自适应逆势安全结构，包括连接器、锁止件、多连通域单元和内部填充材料；每个多连通域单元由高聚物材料制成，内部为多路不同方向、不同尺寸、不同形状的孔道构成的多连通空心域，该多连通空心域中填充逆势纳米凝胶材料；若干多连通域单元可以通过连接器和锁止件相互连接，构成不同形状和尺寸的适应不同工况的逆势安全结构；本发明冲击能量转换为填充物内部之间的摩擦内能、填充物与高聚物制作的多连通域单元之间的摩擦内能以及多连通域单元的变形能，吸收能量快，安全防护效果显著；该结构能够重复使用，在多次冲击情况下，也有良好的吸能效果；该结构可以同时应对多方向复杂工况冲击，并且可以根据应用场合空间要求自由组装，适应性强。

技术领域

本发明涉及一种逆势安全结构，具体涉及一种多工况匹配自适应逆势安全结构。

背景技术

目前在桥梁建筑、轨道交通、矿山、船舶和汽车制造等领域，工程技术人员广泛使用液压缓冲、薄壁构件等来吸收冲击所带来的能量，从而达到保护目标结构的目的。液压缓冲吸能的原理是冲击作用在液压器件上，利用油液的粘性阻尼作用，将部分冲击能量通过节流孔吸收转化为油液的热能并散发掉。液压缓冲装置结构复杂、维修不便、密封要求高、并且对环境温度变化敏感，成产成本和保养费用高。薄壁构件吸能是利用薄壁结构在受到外力时变形乃至压溃吸收和消耗冲击能量，其结构相对简单，但薄壁结构受冲击塑性变形乃至压溃，仅能承受一次冲击，不能用于交变冲击，不能重复使用。

随着对高分子材料性能研究的深入，科学家和工程技术人员尝试利用纤维增强高聚物等材料来达到吸能效果。这些材料在受到外载荷时，通过大变形、屈曲等原理来吸收能量，并进一步转变为内能耗散。这些材料在受到线性、低速冲击时能够较好地实现吸能效果，然而一旦受到非线性、高速冲击时，其吸能效果就会大幅度下降，主要原因在于应力区域化和材料响应速度慢。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多工况匹配自适应逆势安全结构，将冲击能量转换为填充材料内部之间的摩擦内能、填充材料和多连通域单元之间的摩擦内能以及多连通域单元的变形能，从而有效地提高了能量的吸收，增强了安全防护效果；该结构能够重复使用，在多次冲击情况下，也有良好的吸能效果；该结构可以同时应对多方向复杂工况冲击，并且可以根据应用场合空间要求自由组装，适应性强；该结构材料成本低廉，且重量相对较轻，适合大规模生产和应用。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种多工况匹配自适应逆势安全结构，包括多个由高聚物材料制成的多连通域单元1、填充在多连通域单元1内部可流动且具有良好吸能效果的填充材料2、用来连接多个多连通域单元1的连接器3以及设置在多连通域单元1和连接器3间防止多连通域单元1周向运动的锁止件4。

所述多连通域单元1包括形状为纺锤状或者圆筒状的外壳1-1，设置在外壳1-1内形状为陀螺状的内芯1-2，构成其内部多连通空心域的孔道1-3，孔道1-3的方向包括轴向、径向和周向。

所述连接器3上加工有固定多连通域单元1的多个盲孔，该盲孔底部有定位槽以固定形状为圆锥状带有外螺纹的锁止件4防止其周向运动，所述多连通域单元1端部在旋入连接器3过程中由于受到锁止件4扩张作用，端部被扩展成带内螺纹的圆锥状，与连接器3实现良好固定连接，防止多连通域单元1从连接器3中滑脱。

所述高聚物材料为天然橡胶、合成橡胶、天然树脂或者合成树脂。

所述具有良好吸能效果的填充材料2为逆势纳米凝胶材料。

所述连接器3为球形或者多面体形；连接器3上用来固定多连通域单元1的盲孔剖面为倒梯形或者矩形。

所述连接器3的材料为钢材、陶瓷、树脂或者合金。

所述锁止件4的材料为钢材、陶瓷或者合金。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：