[发明专利]一种延长冲击作用时间的一维颗粒链式缓冲器

说明书

本发明公开了一种延长冲击作用时间的一维颗粒链式缓冲器，属于智能材料设计领域。本发明是由三段均匀颗粒链组成的复合颗粒链，除屈服强度外，其余颗粒材料参数全部相同。对冲击作用时间的延缓可通过改变中间段颗粒材料的屈服强度进行调节，即随着中间段颗粒材料屈服强度的减小，颗粒链中冲击波传播速度逐渐变小，进而延长输出端冲击作用时间。本发明可为低速和高速冲击条件下结构防护提供一种全新的技术途径，将本发明放置于冲击加载端和被冲击结构之间，通过延长被冲击结构对抗冲击的响应时间，增强结构的抗冲击能力。

技术领域

本发明属于智能材料设计领域，主要涉及一种延长冲击作用时间的一维颗粒链式缓冲器。

背景技术

自然界及工程应用中经常出现冲击现象，如地震、爆炸、汽车碰撞等。这些冲击现象不仅会导致建筑物的破坏，更会损害人类生命健康。因此，如何进行冲击防护是冲击问题研究中的重要内容。

根据作用机理不同，常见的冲击防护有两类：一类是将冲击能量限制在被冲击物体可接受的范围内；一类是降低冲击波传播速度，延长冲击波到达被冲击物体的时间，使被冲击物体有足够时间来响应冲击。

颗粒材料因其独有的高度非线性孤立波传播特性，以及良好的可设计性，已成为冲击防护研究的热点。通过设计颗粒的尺寸、密度、弹性模量和排列方式均可对颗粒链中孤立波进行主动调控，达到降低冲击能量和延长冲击时间的目的。

发明内容

本发明的目的在于设计一种延长冲击作用时间的一维颗粒链式缓冲器，通过改变中间段颗粒材料的屈服强度，使得颗粒链在受到冲击以后，减缓冲击波传播速度，延长冲击作用时间，从而达到缓解冲击的目的。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种延长冲击作用时间的一维颗粒链式缓冲器，该缓冲器是由球径一致的颗粒构成的三段式复合颗粒链；所述三段式复合颗粒链中，中间段颗粒材料与其前、后两段颗粒材料的屈服强度不同，前、后两段颗粒材料的屈服强度相同。

进一步地，所述三段式复合颗粒链中颗粒材料除屈服强度外，其他材料参数完全一致。

进一步地，所述其他材料参数包括球径、弹性模量、密度、泊松比。

进一步地，所述三段式复合颗粒链中，每段均由5个或以上颗粒组成。

进一步地，所述三段式复合颗粒链中颗粒的球径为20mm。

进一步地，所述三段式复合颗粒链通过调整中间段颗粒材料的屈服强度，改变入射冲击波的传播速度，进而控制冲击作用时间。

进一步地，当中间段颗粒材料与前、后两段颗粒材料屈服强度比λ1时，随着λ的减小，所述三段式复合颗粒链中入射冲击波传播速度减小，入射冲击波到达所述三段式复合颗粒链输出端的时间逐渐增大，但所述三段式复合颗粒链输出端与输入端接触力幅值比η逐渐变小，能量耗散逐渐减大；当λ1时，随着λ的增大，所述三段式复合颗粒链中入射冲击波传播速度变大，入射冲击波到达输出端的时间和幅值比η均逐渐减小。

进一步地，所述三段式复合颗粒链置于冲击加载端和被冲击结构端之间，延缓被冲击结构的冲击作用时间，实现结构防护。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明设计的一维三段式复合颗粒链中，通过改变中间段颗粒材料的屈服强度，使得颗粒链在受到冲击以后，减缓冲击波传播速度，延长冲击作用时间，从而达到缓解冲击的目的。冲击波在整段颗粒链传播过程中，降低中间段颗粒材料屈服强度，一维三段式颗粒链的整体能量损耗并非单调增大，但整体冲击波到达边界时间可一直延长，进而延缓冲击作用时间。本发明在诸如抗震、结构防护领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是一维三段式复合颗粒链缓冲器结构示意图；