[实用新型]一种抗冲击安全防护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种安全防护装置，通过可控的能量吸收能力耗散冲击过程中产生的能量，避免或降低被保护结构受到的损害。

背景技术

安全防护装置广泛应用于航空航天、车辆工程、海洋工程等大型工业工程领域中，防止因冲击碰撞事故的发生，造成大量的人员伤亡和财产损失。为了保护人员和设备等，能量吸收过程应该以一种缓和的形式进行，冲击载荷必须控制在一个可以接受的范围内，防止穿透现象的发生。因此，载荷一致性和能量吸收率是衡量安全防护装置的重要评价指标。不合理的设计会导致冲击力强化，使被保护结构遭受更大的损伤。对安全防护装置的设计,要求在满足载荷一致性的条件下有效的提高能量吸收率。

近年来，金属蜂窝材料作为安全防护装置,通过塑性变形吸收能量,发展成为一种理想的能量吸收结构。蜂窝材料吸收能量的过程与蜂窝材料的微拓扑结构属性类型有关。I型结构蜂窝材料具备较好的载荷一致性，II型结构蜂窝材料的载荷一致性较差，较大的峰值载荷可能损坏能量吸收结构，这对能量吸收结构是很不利的。但II型结构蜂窝材料前程能量吸收的特性，使II型结构蜂窝材料的能量吸收能力大于I型结构蜂窝材料。不同类型结构的蜂窝材料各自存在优势和问题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有蜂窝材料能量吸收装置的弊端，提供一个能够同时满足载荷一致性和能量吸收效率的安全防护装置，对被保护结构提供更可靠的安全防护。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种抗冲击安全防护装置，它的单胞结构是由至少一个I型结构蜂窝单胞1和至少一个II型结构蜂窝单胞2嵌套耦合形成的复合蜂窝材料结构。组成I型结构蜂窝单胞1和II型结构蜂窝单胞2的微拓扑几何形状不同。

上述抗冲击安全防护装置，所述I型结构蜂窝单胞1的微拓扑几何形状为圆形、六边形。

上述抗冲击安全防护装置，所述II型结构蜂窝单胞2的微拓扑几何形状为矩形、三角形。

上述抗冲击安全防护装置，所述I型结构蜂窝单胞1和II型结构蜂窝单胞2的嵌套层数为2～4层。

本实用新型将I型结构蜂窝材料和II型结构蜂窝材料结合在一起，有效的耦合了I型结构蜂窝材料和II型结构蜂窝材料的优势特性，在保证载荷一致性的条件下，有效提高防护装置的能量吸收能力，为被保护结构提供了可靠的安全防护措施。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1、图2和图3是防护材料的3个实施例的横截面示意图。

图中各标号清单为：1.I型结构蜂窝单胞结构，2.II型结构蜂窝单胞结构。

具体实施方式

本实用新型采用嵌套连接结构，单胞结构至少由2个蜂窝嵌套层组成，每一个单胞蜂窝嵌套层采用I型结构蜂窝材料或II型结构蜂窝材料。两种结构类型的蜂窝材料具有不同的力学和能量吸收特性。I型结构蜂窝材料具备较好的载荷一致性，有利于发挥能量吸收结构的力学性能，但能量吸收能力偏低。II型结构蜂窝材料的载荷一致性较差，较大的初始峰值载荷可能损坏能量吸收结构，这对能量吸收结构是很不利的，但也正是由于初始压缩阶段的载荷较大，II型结构蜂窝材料体现出高于I型结构蜂窝材料的能量吸收能力。将I型结构蜂窝材料和II型结构蜂窝材料耦合，实现两种类型结构的优势互补，使得本实用新型不仅具备较好的载荷一致性，更有效提高了能量吸收能力，为被保护结构提供了可靠的安全防护措施。

本实用新型中的蜂窝材料是多孔材料中的一类，以金属材料作为基体材料制备成孔隙几何形状规则的蜂窝材料，通过基体金属材料的塑性变形抵抗外载荷吸收能量。

本实用新型中微拓扑几何形状确定的复合蜂窝材料，能量吸收能力同基体材料的屈服应力和蜂窝材料的相对密度相关。基体材料屈服应力值越大，蜂窝材料的相对密度越大，复合蜂窝材料的能量吸收能力越强，因此，通过调整基体材料的材质和变化蜂窝材料的相对密度可以控制复合蜂窝材料的能量吸收能力。

本实用新型通过变化不同类型结构蜂窝材料单胞结构，可以有效控制本实用新型的能量吸收能力。

实施例：图1是由圆形的I型结构蜂窝单胞1，四边形的II型结构蜂窝单胞2，嵌套耦合构成的复合蜂窝材料抗冲击安全防护装置。通过变换蜂窝材料单胞中嵌套结构的微拓扑几何形状变换复合蜂窝材料的结构特性，建立有效控制载荷一致性和提高能量吸收能力的安全防护装置。