[发明专利]一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能系统

说明书

本发明公开了一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能系统，为金属材料制成竹节状薄壁管结构，组合结构由若干个仿竹节薄壁管分结构交错堆叠组成，每个仿竹节薄壁管分结构沿轴向的横截面为尺寸周期性变化的圆。本发明通过仿照佛肚竹特殊的外形结构进行设计，实现在空间多个方向冲击过程中各个竹节状分结构之间的自锁定，克服了传统吸能系统需要在外部安装约束装置或在在内部加工连接装置的缺陷，大大降低了拆装的时间成本和人力物力成本，也克服了哑铃状薄壁管结构只能应对特定单一方向冲击保持自锁的不足，利用自锁效应将冲击能量转化为结构的塑性耗散和摩擦耗散，既能够高效吸收冲击能量，又能降低冲击物的回弹影响。根据冲击物能量和场地实际情况，可自由调节组合结构堆叠层数和每层放置竹节状薄壁管分结构的个数，并改变竹节状薄壁管组合结构的摆放方向，既具有较高的灵活性，又能改善材料的利用率。

技术领域

本发明涉及抗冲击吸能系统的技术领域，特别涉及一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能系统，该吸能系统适用于道路交通的抗撞击减震防护，航天器回收、空投物品的冲击吸能防护，或国防军事的抗爆炸冲击防护等抗冲击吸能领域。

背景技术

随着经济进步和科技发展，飞机、高铁、车辆等交通运载工具都朝着轻量化、快速化的方向发展，极大地便利了人民生活的同时，也增大了碰撞、冲击、爆炸等事故的风险和危害。交通运载工具的冲击事故成为了威胁人民生命财产安全的重大问题。因此如何根据道路交通冲击事故的特征，提出合理的抗冲击吸能结构的设计方案及制定固定的或临时安装的有效防护措施，成为了道路交通安全防护中的重要课题之一。

薄壁结构因其易加工、成本低廉、比力学性能高的特点在抗冲击吸能领域得到了广泛的研究和应用，其中金属薄壁圆管结构以变形稳定、比能耗高、初始冲击力小、取材方便等优势，具有良好的经济效益和工程效益，因此现有设计的抗冲击吸能系统多采用多排圆管组装而成。

然而，在无管间连接和边界约束的情况下，圆管系统容易在冲击载荷作用下产生横向飞溅，这不仅降低了吸能效率，并有可能引起二次伤害。工程中通常采用将圆管之间以焊接或螺栓固定，或在圆管系统外部边界安装固定挡板的办法来克服这一缺陷，但这两种方法都不同程度上增加了安装的时间成本和人力物力成本，降低了圆管系统应对突发冲击事故的及时响应能力，尤其在紧急抢险等情况下并不理想。为了弥补圆管系统的不足，此前有一种哑铃状薄壁管自锁结构被提出，这套系统可通过哑铃状薄壁管交错排列而成，无需外部安装约束装置或内部加工连接装置，但该系统只能应对空间特定单一方向冲击而保持自锁。

考虑到冲击事故方向的不确定性，设计出一种可应对空间多个方向冲击、吸能高效、便于拆装的能量吸能系统，使其能根据抗冲击需求快速高效地搭建起抗冲击的防护系统，对于提高材料利用率、增加应对突发抗冲击事故的能力、降低生命财产损失有着重要的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能系统，该吸能系统为易于拆装、经济实用的能量吸能系统，为冲击碰撞爆炸的防护提供更为方便、快捷、经济、安全的保障。

本发明采用的技术方案为：一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能系统，其特征在于：竹节状薄壁管分结构沿轴向的横截面为尺寸周期性变化的圆，若干个竹节状薄壁管分结构横纵交错堆叠组成多排多列组合结构，使相邻两排竹节状管分结构节间在冲击过程彼此压缩啮合达到自锁的效果；

所述的薄壁管分结构的横截面沿轴向的横截面为尺寸周期性变化的圆，且最大圆形截面外径D与最小圆形截面外径d满足d＜D≤2d；

所述的薄壁管分结构轴向单元长度l，最大圆形截面外径D和最小圆形截面外径d满足

所述的薄壁管分结构的轴向总长度L、轴向单元长度l和单元数N满足L＝Nl；

进一步的，竹节状薄壁管分结构之间的横纵交错堆叠无需在外部安装约束装置或在内部加工连接装置，即可排列组成吸能系统。