[发明专利]摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元、多稳态缓冲吸能结构

权利要求书

1.一种摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元，其特征在于，包括：

三个圆柱体，所述三个圆柱体为刚性体，其中，三个圆柱体的直径相同，三个圆柱体的长度相同，三个圆柱体的轴线相互平行；

弹性带，所述弹性带套设在所述三个圆柱体外，为所述三个圆柱体提供一定的预紧力，使三个圆柱体保持紧贴并具有第一稳定状态和第二稳定状态，其中，第一稳定状态时，所述三个圆柱体的轴线分别经过同一等边三角形的顶点处，第二稳定状态时，所述三个圆柱体的轴线位于同一平面内，当受到外力使三个圆柱体由第一稳定状态向第二稳定状态变化过程中，一部分外力转化为弹性带的弹性势能，另一部分外力被三个圆柱体之间的摩擦力耗散，实现缓冲吸能。

2.根据权利要求1所述的摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元，其特征在于，

所述三个圆柱体的圆柱面上相应地设置有与所述弹性带相匹配的环形凹槽。

3.根据权利要求1所述的摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元，其特征在于，

所述双稳态缓冲吸能单元受到碰撞力时的能量吸收大小与所述弹性带的初始预紧力、弹性带刚度、三个圆柱体的圆柱面摩擦系数的大小成正比。

4.根据权利要求3所述的摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元，其特征在于，

给定所述三个圆柱体的圆柱面摩擦系数、弹性带刚度、弹性带初始预紧力，则所述摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元在有摩擦情况下能承受的归一化的竖直方向外力为：

μ为圆柱面摩擦系数，F为无摩擦情况下归一化的竖直方向外力：

其中，F(θ)为假设圆柱体、弹性带与地面之间无摩擦时作用在摩擦诱导的双稳态缓冲吸能单元上竖直原始外力：

F(θ)＝2tanθ(T_o+kΔ)

R为刚性圆柱体半径，k为弹性带刚度，T_o为弹性带初始预紧力，归一化的弹性带初始预紧力Δ为弹性带伸长量，归一化的弹性带伸长量

5.一种多稳态缓冲吸能结构，其特征在于，包括：

若干如权利要求1至4中任一项所述的双稳态缓冲吸能单元，所述双稳态缓冲吸能单元周期性地层叠排列，构成正交层合结构。

6.根据权利要求5所述的多稳态缓冲吸能结构，其特征在于，

所述多稳态缓冲吸能结构包括至少两层，每层包含至少两个平行放置的双稳态缓冲吸能单元，相邻两层的双稳态缓冲吸能单元呈空间正交关系。

7.根据权利要求6所述的多稳态缓冲吸能结构，其特征在于，

各层上所述双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力的大小一样，受到碰撞力后，根据力学多稳态性质可知，整个结构的变形模式为各层依次压缩，但压缩变形的次序存在随机性。

8.根据权利要求6所述的多稳态缓冲吸能结构，其特征在于，

各层上所述双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力的大小不一样，受到碰撞力后各层的变形次序是确定的，且根据各层上的双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力的大小关系依次变形。

9.根据权利要求8所述的多稳态缓冲吸能结构，其特征在于，

当各层上所述双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力从下到上依次增大时，受到碰撞力后所述多稳态缓冲吸能结构各层从下到上依次变形；

当各层上所述双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力从下到上依次减少时，受到碰撞力后所述多稳态缓冲吸能结构各层从上到下依次变形；

当各层上所述双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力从中间到两端依次增大时，受到碰撞力后所述多稳态缓冲吸能结构各层从中间到两端依次变形；

当各层上所述双稳态缓冲吸能单元的弹性带刚度与预紧力从两端到中间依次增大时，受到碰撞力后所述多稳态缓冲吸能结构各层从两端到中间依次变形。