[实用新型]能量吸收材料

说明书

一、技术领域

本实用新型属于材料技术领域，特别涉及一种能量吸收材料。

二、背景技术

能量吸收材料能够将大部分输入动能通过塑性变形或者其他转化过程耗散，避免材料弹性回弹对被保护物品的冲击损害，对被保护的物品起到防护作用，因此其被广泛的应用于化工、建筑、交通等领域。

目前，多胞蜂窝结构是一种使用广泛的能量吸收材料。在此类多胞蜂窝结构中，胞元大小多为均匀。对于小孔径多胞蜂窝结构，其在冲击变形过程中，虽然平台应力大小会有所增加，但平台阶段的长度减小，并且对应着较大的初始应力峰值，这对于被防护物是不利的。而对于大孔径多胞蜂窝状结构能量吸收材料，虽然其能够延长平台阶段长度和减小初始应力峰值，但其平台应力值也相应减小，能量吸收效率降低，也不能实现有效的冲击防护作用。

三、实用新型内容

发明目的：有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种能量吸收材料，不仅具有小的初始应力峰值，而且具有高的平台应力值和长的平台阶段，在冲击的初始阶段和压实阶段都能起到有效的防护作用。

技术方案：一种能量吸收材料，该材料为多层结构，每一层材料由球状胞元组成，球状胞元之间呈六边形排列，胞元的直径按层呈线性梯度排布。所述胞元的直径R的梯度变化符合公式R＝R₀(1+αY)，其中R₀为冲击端的胞元孔径大小，α为梯度系数，α≠0，Y为当前孔所在层区域到冲击端的最短距离，-1＜αY＜1。该材料优选为2～6层结构。

有益效果：本实用新型的主要目的在于提供一种能量吸收材料，不仅具有小的初始应力峰值，而且具有高的平台应力值和长的平台阶段，在冲击的初始阶段和压实阶段都能起到有效的防护作用。

四、附图说明

图1为本实用新型提供的能量吸收材料的结构示意图。图中为三层胞元结构，其中1为胞元。

五、具体实施方式

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

一种能量吸收材料，该材料为3层结构，每一层材料由球状胞元组成，球状胞元之间呈6边形排列，胞元的直径按层呈线性梯度排布。所述胞元的直径R的梯度变化符合公式R＝R₀(1+αY)，其中R₀为冲击端的胞元孔径大小，α为梯度系数，α≠0，Y为当前孔所在层区域到冲击端的最短距离，-1＜αY＜1。

实施例2

图1为本实用新型提供的能量吸收材料的纵向剖面结构示意图。如图所示，本实施例中的能量吸收材料具有多胞蜂窝状结构，各胞元呈六边形规则排列，胞元的剖面呈圆形，胞元大小不均匀。胞元的直径沿冲击方向呈线性梯度变化，公式为胞元孔径R＝R₀(1+αY)，其中，R₀为冲击端的胞元孔径大小，α为梯度系数，Y为当前孔所在层区域到冲击端的最短距离。

能量吸收材料按胞元直径的大小分为3层，当梯度系数α＜0时，靠近冲击端的胞元直径最大，沿着远离冲击端的方向，胞元直径逐渐减小。本例中能量吸收材料中各层的材料相同，各层的长度沿着远离冲击端的方向逐渐减小。

初始峰值应力由靠近冲击端的胞元层的动力响应确定。当梯度系数α＜0时，靠近冲击端的胞元直径最大，因此初始应力峰值较小。

因为能量吸收材料按胞元直径的大小分为3层，相应的，平台应力也分为3个阶段，每个阶段的应力平台长度由蜂窝材料的相对密度和每层材料的相对厚度决定，应力平台间值的大小比值约等于两层胞元孔径的比值的平方。这样通过控制不同层间胞元的大小及层厚，即可控制应力平台长度和应力值的大小。

蜂窝材料的主要的能量耗散发生在平台区。动态响应曲线显示，对于α＜0，由于胞元半径沿远离冲击端的方向逐渐减小，平台应力值逐渐增加，因此其主要通过后程压缩吸收能量；对于α＞0，其胞元半径沿远离冲击端的方向逐渐增大，平台应力值逐渐减小，主要通过前程压缩来吸收能量。这样通过控制梯度系数的正负可以控制能量吸收的过程。

胞元也可以按正方形排布。胞元的直径沿冲击方向也可以不呈线性梯度变化，即梯度系数α的值是不固定的。

能量吸收材料可按实际使用要求设计，按照胞元直径的大小可以分为更多的层数，而不仅仅分为3层。各层的材料可以相同也可以不同。同样的，各层的长度可以相同也可以不同。