本發(fā)明涉及抗沖擊耗能防護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于stf的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

道路交通工具的功率、速度和密度的不斷增加，交通事故每時每刻都在發(fā)生，而事故中的碰撞已成為生命和財產(chǎn)損失的主要因素。為降低沖擊碰撞所造成的損害，被動防護技術(shù)因其簡單有效而應(yīng)用廣泛。為滿足日益苛刻的碰撞防護需求，新型碰撞防護材料與結(jié)構(gòu)的研發(fā)一直是工程領(lǐng)域的研究熱點之一。

stf是一種新型智能材料，這一材料為納米顆粒懸浮液體，它在低剪切速率下非常容易變形，可像液體一樣緩慢流動；在受到?jīng)_擊載荷時其表觀粘度發(fā)生大幅度增大而變粘稠，甚至由液態(tài)轉(zhuǎn)化為類固態(tài)；在沖擊撤銷后又能迅速恢復(fù)液態(tài)，具有響應(yīng)速度快，可逆性好，吸能效率高等優(yōu)點。然而在碰撞發(fā)生時，碰撞防護材料往往承受局部沖擊，如何在局部沖擊下使盡可能多的剪切增稠液體處于工作狀態(tài)是現(xiàn)階段需要解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于stf的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，能夠?qū)ν饨鐩_擊碰撞自動做出反應(yīng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、維護簡單，緩沖效率高等特點。并且可以根據(jù)需求方便的調(diào)節(jié)緩沖性能。

技術(shù)方案：基于stf的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括封裝層、安裝板、緊固螺釘、導(dǎo)軌、長轉(zhuǎn)軸、多連桿機構(gòu)、stf、端板和密封圈，所述封裝層為一端密閉、另一端開口的內(nèi)部空腔薄壁金屬構(gòu)件，安裝板和端板通過緊固螺釘與封裝層連接，所述安裝板底面與封裝層密閉端內(nèi)表面相接，所述端板設(shè)于封裝層開口端內(nèi)端面，所述端板兩端外側(cè)沿水平方向分別設(shè)有凹槽，所述凹槽與封裝層之間設(shè)有密封圈；所述安裝板包括導(dǎo)軌和封蓋，所述封蓋設(shè)于安裝板沿水平方向兩端外側(cè)，導(dǎo)軌設(shè)于安裝板正面，所述導(dǎo)軌內(nèi)部設(shè)有4個t形滑塊，所述多連桿機構(gòu)通過長轉(zhuǎn)軸設(shè)于t形滑塊上，所述多連桿機構(gòu)包括一組相互平行的順向桿、一組相互平行的逆向桿、短轉(zhuǎn)軸，順向桿和逆向桿相交，短轉(zhuǎn)軸設(shè)于相交處；

所述stf填充于封裝層內(nèi)部，所述stf由二氧化硅納米顆粒和聚乙二醇200組成，其中二氧化硅納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為28％。

作為優(yōu)選，所述多連桿機構(gòu)的順向桿和逆向桿端點相鉸接處的任一側(cè)通過長轉(zhuǎn)軸與t形滑塊相接。

作為優(yōu)選，所述多連桿機構(gòu)壓縮到最大位移時與封裝層的封閉端和端板均不觸碰。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)軌為t形。

作為優(yōu)選，所述二氧化硅納米顆粒的微孔直徑在180-220nm。

作為優(yōu)選，所述stf制備過程如下：取分散介質(zhì)放入行星球磨機的球磨罐中，將分散相顆粒分批添加到行星式球磨機中研磨，直至達到所需的體積分?jǐn)?shù)含量，充分研磨，分散介質(zhì)為peg200，分散相為二氧化硅納米顆粒；研磨結(jié)束后，將混合樣品進行抽真空處理，得到樣品。

所述基于stf的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)在車輛碰撞防護領(lǐng)域中的應(yīng)用。

有益效果：本發(fā)明提供了一種基于stf的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)，具有緩沖保護性能優(yōu)越的特點，可廣泛應(yīng)用于車輛的碰撞防護領(lǐng)域，降低人員傷亡率和財產(chǎn)損失。

stf在抗沖擊和耗能方面與其他同等質(zhì)量材料相比，抗沖擊能力更強，消耗的能量更多；

多連桿機構(gòu)在材料、尺寸和結(jié)構(gòu)布置上有多種選擇，可以滿足不同領(lǐng)域的需求，關(guān)鍵點在于這類機構(gòu)可以使得封裝結(jié)構(gòu)中的stf全部同時參與局部小范圍內(nèi)的沖擊碰撞。

通過將stf和多連桿機構(gòu)相結(jié)合，不僅利用了stf本身具有的良好耗能特性，而且利用多連桿機構(gòu)的運動特性，在沖擊發(fā)生時，能夠帶動周圍的全部stf的參與耗能過程，提高了stf的利用效率，使得該智能結(jié)構(gòu)的沖擊防護性能大大提高。

stf對剪切應(yīng)變速率具有敏感迅速的反應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊時能夠在瞬間作出高耗能反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的防護性能，也降低了整個結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

附圖說明

圖1為智能沖擊防護結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為智能沖擊防護結(jié)構(gòu)a-a向剖視圖；

圖3為多連桿運動機構(gòu)的軸測投影圖；

圖4為t形滑塊的軸測投影圖

圖中1是封裝層，2是安裝板，3是順向桿，4是逆向桿，5是短轉(zhuǎn)軸，6是長轉(zhuǎn)軸，7是t形滑塊，8是導(dǎo)軌，9是緊固螺釘，10是封蓋，11是stf，12是端板，13是密封圈。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

參閱圖1和圖2，將stf11密封在具有多桿運動機構(gòu)的封裝層中形成智能結(jié)構(gòu)沖擊防護結(jié)構(gòu)。所述stf11由二氧化硅納米顆粒和聚乙二醇攪拌混合而成，其中二氧化硅納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為28％，微孔直徑在180-220nm，其制備過程如下：取分散介質(zhì)放入行星球磨機的球磨罐中，將分散相顆粒分批添加到行星式球磨機中研磨，直至達到所需的體積分?jǐn)?shù)含量，充分研磨，分散介質(zhì)為聚乙二醇200，分散相為二氧化硅納米顆粒；研磨結(jié)束后，將混合樣品進行抽真空處理，得到樣品。

所述的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)由封裝層1、安裝板2、緊固螺釘9、導(dǎo)軌8、長轉(zhuǎn)軸6、多連桿機構(gòu)、stf11、端板12和密封圈13組成，封裝層1為一端密閉、一端開口的內(nèi)部空腔薄壁金屬構(gòu)件。安裝板2和端板12通過緊固螺釘9與封裝層1連接，所述安裝板2底面與封裝層1密閉端內(nèi)表面相接，所述端板12設(shè)于封裝層1開口端內(nèi)端面，所述端板12兩端外側(cè)沿水平方向分別設(shè)有凹槽，所述凹槽與封裝層1之間設(shè)有密封圈13，以防止腔體中的stf向外泄漏；所述安裝板2包括導(dǎo)軌8和封蓋10，所述封蓋設(shè)于安裝板2沿水平方向兩端外側(cè)，可防止t形滑塊7從導(dǎo)軌8中滑出。導(dǎo)軌8設(shè)于安裝板2正面，所述導(dǎo)軌8為t形，所述導(dǎo)軌8內(nèi)部設(shè)有4個t形滑塊7，所述多連桿機構(gòu)通過長轉(zhuǎn)軸6設(shè)于t形滑塊7上，參照圖1和圖2，所述長轉(zhuǎn)軸6設(shè)于最接近導(dǎo)軌和最遠(yuǎn)離導(dǎo)軌的兩側(cè)順向桿和逆向桿相交處，所述多連桿機構(gòu)包括一組相互平行的順向桿、一組相互平行的逆向桿和短轉(zhuǎn)軸5，順向桿和逆向桿相交，短轉(zhuǎn)軸5設(shè)于相交處，相互鉸接形成平行四邊形運動機構(gòu)，所述多連桿機構(gòu)壓縮到最大位移時與封裝層1的封閉端和端板12均不觸碰，該機構(gòu)的特點在于，當(dāng)多連桿機構(gòu)最外層的任一鉸接點因碰撞而獲得位移時，由于各連桿相交處由轉(zhuǎn)軸連接，因此會帶動平面內(nèi)所有桿件繞轉(zhuǎn)軸做圓周運動，此時t形滑塊7在導(dǎo)軌8內(nèi)沿直線運動，帶動多桿件系統(tǒng)改變縱向尺寸。由此，多連桿機構(gòu)具有整體伸縮功能，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，安裝方便，所述stf11填充于封裝層1內(nèi)部。

stf是一種新形智能材料，這一材料為納米顆粒懸浮液體，它在低剪切速率下非常容易變形，可像液體一樣緩慢流動；在受到?jīng)_擊載荷時其表觀粘度發(fā)生大幅度增大而變粘稠，甚至由液態(tài)轉(zhuǎn)化為類固態(tài)；在沖擊撤銷后又能迅速恢復(fù)，具有響應(yīng)速度快，可逆性好，吸能效率高等優(yōu)點。

本發(fā)明所述的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)工作原理：

參閱圖1，當(dāng)所述的智能沖擊防護結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞時，碰撞使得封裝層1外側(cè)的薄壁結(jié)構(gòu)在碰撞點受力，結(jié)構(gòu)外側(cè)的碰撞點金屬因塑性變形而凹陷，從而帶動凹坑周圍的stf11參與工作，吸收部分能量。同時，由于封裝層外側(cè)的變形，多連桿機構(gòu)最外層任一鉸接點因外側(cè)變形而獲得位移，牽連多連桿系統(tǒng)在平面內(nèi)運動，使得多連桿機構(gòu)具有整體伸縮功能，從而帶動更大范圍的stf參與耗能過程。正是由于多連桿機構(gòu)的介入，提高了stf的利用效率，使得stf的能量耗散性能大大提高。

本發(fā)明是利用多連桿機構(gòu)和stf相結(jié)合的一種智能結(jié)構(gòu)沖擊防護技術(shù)，二維多連桿機構(gòu)在受到外部沖擊時，原動件因獲得能量而啟動，從而導(dǎo)致整個鉸接平行四邊形機構(gòu)的運動，即產(chǎn)生‘牽一發(fā)而動全身’的效果。本技術(shù)方案將兩者有機的結(jié)合在一起，不僅利用了stf本身具有的良好吸能特性，而且利用多連桿機構(gòu)的運動特性，在沖擊發(fā)生時，能夠帶動容器內(nèi)幾乎全部stf同時參與耗能過程，大幅度提高了能量吸收效率。該stf沖擊碰撞防護結(jié)構(gòu)成本低、質(zhì)量輕、環(huán)境友好、可重復(fù)利用，在車輛的碰撞防護領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。