一種沖擊能量吸收裝置制造方法
【專利摘要】一種沖擊能量吸收裝置，包括上層平板、下層平板以及位于上層平板和下層平板之間的中間層，其特征在于：所述中間層由兩層半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應并且倒置設置，每個半球體所在的球體表達式為x2/a2+y2/b2+z2/c2=1，該半球體為沿x-z平面切開，每層半球體的底部平面分別與上層平板以及下層平板連接，而且兩層半球體的頂部在中間層的中間相互重疊2d距離，其中0.1≤(b-d)/2a≤10。本實用新型的沖擊能量吸收裝置抗沖擊能力較高，具有高度的動態穩定性，在沖擊載荷下不易失穩，而且成本低廉、原材料獲取難度低、制作工藝非常成熟，成型所需模具成本較低、幾何結構簡單，開模成型率高，非常適合批量流水線生產。
【專利說明】一種沖擊能量吸收裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種能量吸收裝置，特別是涉及一種沖擊能量吸收裝置。
【背景技術】
[0002]隨著社會不斷發展以及人類活動需求的不斷提高，沖擊能量吸收材料及其裝置的使用越來越廣泛，軍事裝置、反恐設施、高速鐵路、汽車、建筑結構、機械保護零部件等都已經或即將使用大量的沖擊能量吸收材料。由于有慣性效應和應力波效應，動態載荷較之于靜態載荷對于系統承載能力考驗更大。因此如何選擇高性能的吸能材料是當今工程技術的關鍵難點之一。傳統的能量耗散材料和裝置一般是基于金屬材料的塑性變形，細胞束或者泡沫材料的屈曲，聚合物的變形緩沖，紡織復合材料的內部摩擦和相變等，一般吸能能力約為lj/g~10J/g，這些材料在受到線性、低速小質量沖擊時能夠較好地實現吸能功能，然而一旦受到非線性、高速沖擊，其吸能效果就會大幅下降，主要原因在于應力區域化以及材料響應時間太長。此外，傳統吸能材料的動態載荷因子k，k = O d/O q，即某應變率下的動態加載的最大承受應力O d與準靜態加載的最大承受應力O ^之比，一般較低，使得系統選擇與設計受到很大限制。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能對各類沖擊載荷進行有效的沖擊能量吸收，從而達到安全目的的沖擊能量吸收裝置。
[0004]本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種沖擊能量吸收裝置，包括上層平板、下層平板以及位于上層平板和下層平板之間的中間層，其特征在于:所述中間層由兩層多個半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應并且倒置設置，每個半球體所在的球體的表達式為x2/a2+y2/b2+Z2/c2=l，該半球體為沿x-z平面切開，每層半球體的底部平面分別與上層平板以及下層平板連接，而且兩層半球體的頂部在中間層的中間相互重疊2d距離，其中0.1 ( (b-d)/2a ( 10。
[0005]優選地，該中間層的每層的多個半球體之間，在X方向和z方向，分別具有m和n 的間距，該m和n滿足0.9m ^ n ^ 1.lm。
[0006]優選地,所述m=n。
[0007]該半球體為半橢球體，所述a古b或c古b。
[0008]所述上層平板和下層平板的尺寸相同，厚度也相同，并且上層平板和下層平板的尺寸大于該中間層的尺寸，厚度與中間層也不同。
[0009]與現有技術相比，本實用新型的優點在于本實用新型的沖擊能量吸收裝置抗沖擊能力較高，具有高度的動態穩定性，在沖擊載荷下不易失穩，而且成本低廉、原材料獲取難度低、制作工藝非常成熟，成型所需模具成本較低、幾何結構簡單，開模成型率高，非常適合批量流水線生產。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型沖擊能量吸收裝置的側視圖。
[0011]圖2為沿圖1中A-A線的剖視圖。
[0012]圖3為本實用新型沖擊能量吸收裝置的俯視圖。
[0013]圖4為球體在x_y平面的示意圖。
[0014]圖5為本實用新型的沖擊能量吸收裝置的載荷-位移曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0016]本實用新型的沖擊能量吸收裝置，如圖1-3所示，包括上層平板1，下層平板2以及位于上層平板I和下層平板2之間的中間層3，形成“三明治夾心”形式的宏觀多層結構。
[0017]該中間層3由兩層半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應并且倒置設置，而且在兩層的半球體連接的位置相互重疊2d距離。每個半球體其所在球體的表達式為x2/a2+y2/b2+Z2/c2=l。在x-y平面上，如圖4所示，其投影曲線的表達式為x2/a2+y2/b2=l，每個半球體為該球體在x-z平面上切開的半個，即每個半球體的底部平面表達式為:X2/a2+z2/c2=l。每層半球體的底部平面分別與上層平板I和下層平板2連接，兩個半球體的頂部在中間層3的中間相互重疊2d距離，即每個半球體所露出的高度為b-d。
[0018]并且，如圖1-3所示，該中間層的每層的半球體之間，在X方向和z方向，分別具有 m和n的間距,該m和n滿足0.9m < n < 1.1m,并且優選地,該m和n相同。并且上述的參數a、b和d之間，滿足0.1 ( (b-d)/2a≤10，這樣可以防止動載荷作用下結構發生屈曲失穩。并且優選地，所述a古b或c古b,即該半球體為半橢球。
[0019]該上層平板I和下層平板2的水平尺寸相同，即在x-z平面上的尺寸，并且該中間層3的尺寸小于該上層平板I和下層平板2，上層平板I和下層平板2的厚度也相同，與中間層3的厚度不同。上層平板I和下層平板2的尺寸p、q可視實際情況而定。
[0020]上層平板1、下層平板2以及中間層3均采用聚氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子材料等具有高拉伸、壓縮強度，密度小，延展性好的高分子材料制成。整個系統在加載速度為lm/s的低速沖擊載荷下載荷-位移曲線見圖5所示。
[0021]上述沖擊能量吸收裝置一般可采用整體出模加工工藝，即該中間層3的半球體為實心。當中間層3的半球體為空心，也即球殼時，也可采用將上層平板1、下層平板2以及中間層3分開出模然后粘接而成。如有需要，可將上層平板I和下層平板2與中間層與倒置球殼的重合處省去。
[0022]上述a、b、c、d以及m、n和p、q等尺寸，本領域的技術人員可以根據需要進行調整
取值，而沒有一定的取值范圍。
[0023]以上層平板1、中間層3和下層平板2之間一體出模成型為例，該沖擊能量吸收裝置的制造方法如下所述:
[0024]I)加熱，將聚氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子等高分子材料，加熱至400攝氏度~800攝氏度，具體溫度根據具體高分子材料調整，使得對象高分子材料處于熱粘流體狀態；[0025]2)塑料成型模具制作，根據具體實施要求，確定上層平板1、下層平板2和中間層 3的各設計參數，并據此進行模具制作；
[0026]3)成型，將流動的高分子材料緩慢注入根據上述參數設定值加工好的模具中，注 入速度可根據具體高分子材料實施對象加以控制；
[0027]4)冷卻硬化，24小時內空冷或風機冷卻，即成型。
[0028]從整體上看，本實用新型的沖擊能量吸收裝置采用類似“三明治夾心”結構。該結 構已經被相關科學研究文獻及專利技術證明具有較為優異的沖擊能量吸收作用；從局部上 看，本實用新型的沖擊能量吸收裝置的中間層采用半球體倒置連接方式，由于半球體并非 等截面圓柱體，既具有初始的屈曲缺陷，能夠引導結構在沖擊載荷下進行合理變形，又具有 一定的剛度，使得抗沖擊能力較高。
[0029]本實用新型的沖擊能量吸收裝置結構具有高度的動態穩定性，使得結構在沖擊載 荷下不易失穩，從而避免了結構承載能力的喪失。本實用新型的沖擊能量吸收裝置采用聚 氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂高聚物或聚酰胺高分子材料等具有高拉伸、壓縮強度， 密度小，延展性好等高分子材料作為原材料，高分子材料具有很高的動態載荷因子k，這是 由于該材料在高應變率沖擊下，材料的玻璃態轉化溫度急劇上升，從而導致材料發生韌脆 相變，材料楊氏模量提高幾個數量級，能夠夠很好地吸收能量，應對沖擊載荷。
[0030]而且本實用新型的沖擊能量吸收裝置采用聚氨基甲酸乙酯、尼龍高聚物、多元脂 高聚物、聚酰胺高分子材料等具有高拉伸、壓縮強度，密度小，延展性好的高分子材料作為 原材料，成本低廉、原材料獲取難度低、制作工藝非常成熟。成型所需模具成本較低、幾何結 構簡單，開模成型率高，非常適合批量流水線生產。
[0031]本實用新型的沖擊能量吸收裝置可以廣泛應用于軍事、民用建筑、載運工具、體育 運動器材設備、機械設備等領域中。
[0032]盡管以上詳細地描述了本實用新型的優選實施例，但是應該清楚地理解，對于本 領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種沖擊能量吸收裝置，包括上層平板(I)、下層平板(2)以及位于上層平板(I)和下層平板(2)之間的中間層(3)，其特征在于:所述中間層(3)由兩層多個半球體組成，每層的多個半球體均呈矩陣狀排列，并且兩層的半球體相互一一對應并且倒置設置，每個半球體所在的球體表達式為x2/a2+y2/b2+z2/c2=l，該半球體為沿x_z平面切開，每層半球體的底部平面分別與上層平板(I)以及下層平板(2)連接，而且兩層半球體的頂部在中間層(3)的中間相互重疊2d距離，其中0.1 ≤(b-d)/2a≤10。
2.如權利要求1所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:該中間層(3)的每層的多個半球體之間，在X方向和z方向，分別具有m和n的間距,該m和n滿足0.9m ≤ n ≤ 1.lm。
3.如權利要求2所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:所述m=n。
4.如權利要求1所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:所述a古b或c古b。
5.如權利要求1所述的沖擊能量吸收裝置，其特征在于:所述上層平板(I)和下層平板(2)的尺寸相同，厚度也相同，并且上層平板(I)和 下層平板(2)的尺寸大于該中間層(3) 的尺寸，厚度與中間層(3)也不同。
【文檔編號】B32B3/10GK203410102SQ201320378949
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】許駿, 陳曦 申請人:寧波新綠方能源科技有限公司