[发明专利]多级可控渐进吸能点阵结构

说明书

本发明提供一种多级可控渐进吸能点阵结构，包括，拼接杆件，包括两根X形正交连接的斜杆，在两根斜杆连接点水平方向的两侧分别设置有连接两根斜杆的竖杆，两根竖杆的连接位置相互对应且相互平行；单胞结构，由两片拼接杆件的连接点通过正交嵌锁组装方式构成；点阵结构，由多个单胞结构通过相邻斜杆端点在平面上相互连接形成，且各单胞结构的嵌锁处利用真空钎焊进行固定。本发明通过点阵结构实现轻质结构多级渐进吸能的力学性能，根据点阵结构压缩过程中构型的转化提出了一种应力应变曲线渐进上升、多级可控的蝴蝶型点阵构型。

技术领域

本发明涉及结构吸能领域，特别是涉及一种多级可控渐进吸能的点阵结构。

背景技术

冲击载荷的能量吸收在汽车、头盔、包装等诸多领域都有着广泛的应用需求，这也一直都是传统轻质多孔结构研究应用的焦点。在吸能结构的设计中，通常最理想的能量吸收方式是以恒定的峰值载荷稳定的吸收能量(CEA)。在轻质多孔结构中，泡沫材料一直被视作较为理想的吸能材料，正是由于其在加载过程中存在着一段相对平稳的屈服平台，并且其弯曲主导的变形特征使得泡沫材料有着较低的初始刚度和初始强度，有效的降低了被保护物体在初始冲击过程中受到的伤害。

但是泡沫材料内部随机无序分布的孔隙结构使得泡沫材料的力学性能无法准确的设计和控制，并且其相对密度通常较高，能量吸收效率较低。相比之下，点阵结构由于周期性分布的点阵单元和单元杆件高度可设计的特点，其初始强度和刚度可以被准确预测和设计，因此也常被作为冲击防护的研究对象。

在吸能结构的设计中，除了要考虑能量吸收的大小和稳定的变形吸能过程外，还要尽可能的降低被防护物体所受到的伤害。现实情况中，吸能结构所面对的碰撞速度和被防护目标往往多样，而采用CEA的吸能策略，无法针对不同的冲击速度和不同的目标提供有效的防护，更高效的吸能装置需要对不同的速度和不同的防护目标有较好的适配性，即在低速碰撞发生时能够完全抑制过高的峰值载荷带来的伤害，在较高的碰撞速度下要尽可能多的吸收冲击带来的动能，尽可能的减少伤害。

拉压主导点阵结构较高的初始强度和刚度使得被防护物体容易在较低的速度发生载荷过高带来伤害。为了提高吸能装置的安全系数，需要尽可能降低吸能结构的初始强度和刚度，而在CEA吸能策略中，较低的初始峰值载荷和较高的能量吸收量之间往往相互矛盾。

发明内容

本文发明的目的是提供一种多级可控渐进吸能的点阵结构。

具体地，本发明提供一种多级可控渐进吸能点阵结构，包括，

拼接杆件，包括两根X形正交连接的斜杆，在两根斜杆连接点水平方向的两侧分别设置有连接两根斜杆的竖杆，两根竖杆的连接位置相互对应且相互平行；

单胞结构，由两片拼接杆件的连接点通过正交嵌锁组装方式构成；

点阵结构，由多个单胞结构通过相邻斜杆端点在平面上相互连接形成，且各单胞结构的嵌锁处利用真空钎焊进行固定。

本发明通过点阵结构实现轻质结构渐进吸能的力学性能，根据点阵结构压缩过程中构型的转化提出了一种应力应变曲线渐进上升、多级可控的蝴蝶型点阵构型，并且采用切割-嵌锁组装和真空钎焊工艺设计制备了两种不同密度的蝴蝶型点阵结构，点阵结构的母材为塑性变形较好的304不锈钢。

通过建立的两种密度蝴蝶型点阵结构构型转化下的理论模型，实现了多层级应力应变曲线各阶段的理论预测，开展了两类点阵结构面外压缩载荷下的实验和数值模拟研究，验证了构型转变实现应力应变曲线逐级上升、渐进吸能的可行性和理论模型的适用性。确定本发明采用的致密点阵结构构型转变的稳定性更强。此外，通过改变点阵结构中竖杆的长度，可实现了吸能曲线中各级应力平台幅值和长度的调节与控制。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的拼接杆件及单胞结构示意图；