[发明专利]一种圆管填充的非正泊松比缓冲吸能结构

说明书

本发明涉及一种圆管填充的非正泊松比缓冲吸能结构，包括圆管胞元及基板，基板包括上基板、下基板和侧向圆弧基板，上基板、下基板和侧向圆弧基板首尾相接，围成具有负泊松比特性的封闭结构，侧向圆弧基板通过迭代方式确定其形状；圆管胞元置于基板中，根据确定n₁的个数；在基板中心区域水平布置圆管胞元，在该层上下，分别按照等差数列方式逐层递增布置圆管胞元，公差为1，直至与上基板、下基板贴合为止；与圆管胞元的接触区域均相互固定连接；所有圆管胞元与侧向圆弧基板均不接触。本发明结构具备零泊松比或负泊松比效应，单个结构不装配即可得到层级的压溃力，便于降低冲击过载。

技术领域

本发明属于航天器着陆缓冲技术领域，涉及一种圆管填充的非正泊松比缓冲吸能结构。

背景技术

缓冲装置在航天器着陆过程中是必不可少的，航天器系统需要使用缓冲装置来减小着陆过程对内部的人员和载荷的冲击。结构塑性吸能是缓冲装置常用的吸能形式，例如传统的缓冲装置多采用铝蜂窝(其压溃会产生塑形变形)进行缓冲耗能。吸能结构一般放置在圆柱形筒内，吸能过程中，内部结构件沿筒壁滑动，因此，吸能结构压溃时及压溃后都不能与筒壁接触。

这就要求吸能结构必须具有非正泊松比特性。泊松比特性是结构的横向应变与纵向应变之比。非正泊松比即为：

铝蜂窝虽然其压缩吸能效率高，但是压溃后略显正泊松比效应，其容易在压溃过程中与筒壁接触，对筒壁产生划伤。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种圆管填充的非正泊松比缓冲吸能结构，单个结构不装配即可得到层级的压溃力，便于降低冲击过载，具备零泊松比或负泊松比效应。

本发明解决技术的方案是：

一种圆管填充的非正泊松比缓冲吸能结构，包括圆管胞元及基板，

基板包括上基板、下基板和侧向圆弧基板，上基板、下基板和侧向圆弧基板首尾相接，围成具有负泊松比特性的封闭结构，侧向圆弧基板通过迭代方式确定其形状；

圆管胞元置于基板中，根据确定n₁的个数，其中n₁为基板中心区域水平布置圆管胞元的数量，L₁侧向圆弧基板的最小间距；D为圆管胞元的直径；

在基板中心区域水平布置圆管胞元，在该层上下，分别按照等差数列方式逐层递增布置圆管胞元，公差为1，直至与上基板、下基板贴合为止；与圆管胞元的接触区域均相互固定连接；所有圆管胞元与侧向圆弧基板均不接触。

优选的，侧向圆弧基板厚度与上基板、下基板一致。

优选的，侧向圆弧基板厚度为0.1-0.3mm。

优选的，侧向圆弧基板圆弧角20-40°。

优选的，基板的压溃平台力为3000-5000N。

优选的，圆管胞元为铝合金或钛合金，圆管胞元厚度为0.03-0.05mm。

优选的，力作用在上基板上，在压溃过程中，载荷逐渐从上基板传递圆管包圆并依次向下传递，中心区域圆管首先被压溃，再上下依次压馈，压馈过程中侧向基板与圆管胞元不接触，在压溃过程中，逐渐压溃数量不同圆管胞元，从而出现多个阶梯平台力，进而得到不同的缓冲过载。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明结构具备零泊松比或负泊松比效应，单个结构不装配即可得到层级的压溃力，便于降低冲击过载；

(2)本发明在压溃过程中，逐渐压溃数量不同圆管胞元，从而出现多个阶梯平台力，进而便于得到不同的缓冲过载。

附图说明

图1为本发明圆管胞元构型及布置示意图；