[发明专利]具有限定的多阶段压溃特性的能量吸收结构

说明书

一种冲击吸收结构，包括形成片材的复数个互连单元，每个单元具有侧壁和纵向轴。每个单元可以被配置成通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收能量，至少一个单元的侧壁包括几何扰动部，所述几何扰动部沿不平行于所述单元的纵向轴的方向定向。所述几何扰动部可以减小引起单元的塑性变形所需的载荷。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月2日提交美国临时专利申请第62/169，844号的在先申请日的优先权权益，该美国临时专利申请通过参引全部并入本文。

技术领域

实施方案涉及具有诸如通过塑性变形控制互连单元的屈曲的限定的压溃特性的诸如轻质蜂窝状结构的减缓冲击的多孔(cellular)结构。

背景技术

能量吸收多孔结构被广泛应用于多种领域，包括头部保护装置的衬垫、防弹衣的衬垫以及地板和墙壁的衬垫，以减少由于冲击而受伤的风险。经常使用由橡胶或膨胀泡沫制成的能量吸收结构通过弹性地吸收能量来缓冲冲击，以防止受伤。与这些材料相比，具有规则单元几何形状的能量吸收结构(例如，蜂窝状件)可能不太致密且较轻，并且可以允许通过该结构进行通风，这在能量吸收结构被用作头盔中的防冲击衬垫时是期望的，以例如用于冷却。此外，蜂窝状结构在冲击期间由于受控的屈曲而主要经受塑性的不可恢复的变形。此类能量吸收存储最少的能量并且因此消除了在弹性材料中建立有害的回弹力的可能性。

标准蜂窝状结构的内在局限性在于其非线性压缩刚度，其特征在于在单元屈曲开始之后减小的较大的初始刚度。更具体地，通过沿其纵向轴方向的压缩使单元屈曲需要的力大于继续压缩单元结构所需的力。为了消除此初始刚度峰值，蜂窝状结构可以被预压溃(precrush)。这种预压溃引发单元壁的随机屈曲，所述屈曲通常始于单元的上边缘或下边缘。然而，尽管屈曲的程度可以通过预压溃的程度来控制，但是也不可能确保起皱沿着单元的轴发生在限定的位置内。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，将容易理解实施方案。在附图中通过实例的方式而不是以限制的方式来说明实施方案。

图1是根据多种实施方案的具有六边形单元的蜂窝状件的立体图，该六边形单元包括基本上不平行于单元的纵向轴的几何扰动部；

图2A和图2B是示出了根据多种实施方案的单元侧壁扰动部对作为压缩率的函数的压溃应力(crush stress)的影响(图2A)与单元侧壁扰动部对剪切刚度的影响(图2B)之间的关联性的两个图；

图3是根据多种实施方案的来自图1中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分；

图4是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述凹角(re-entrant)结构：该凹角结构具有改进的可成形性，包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部；

图5是根据多种实施方案的来自图4中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分；

图6是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述结构：所述结构具有改进的可成形性，沿着单元中间部段包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部；

图7描绘了根据多种实施方案的具有四个毗邻的几何扰动部的六边形单元在不存在剪切载荷和存在剪切载荷的情况下的截面。

图8是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述结构：该结构具有改进的可成形性和同向弯曲(synclastic)变形行为并且沿着单元中间部段包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部；

图9是根据多种实施方案的来自图8中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分。