[发明专利]一种双层自旋折纸蜂窝夹层吸能材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种双层自旋折纸蜂窝夹层吸能材料，包括芯层以及覆盖于所述芯层上下端面的金属蒙皮，所述芯层由折纸蜂窝胞元阵列而成，所述折纸蜂窝胞元由上下对称设置的折纸蜂窝单胞构成，所述折纸蜂窝单胞与所述金属蒙皮的接触端为大径端，另一端为小径端，所述大径端和小径端均呈正六边形，且所述大径端的边长为所述小径端的边长的两倍，且所述小径端的法向投影与所述大径端的对应边之间的夹角为0°~30°，所述折纸蜂窝单胞的大径端和小径端均为敞口设计。芯层因外力被压缩而产生变形，将外部载荷的动能吸收转化为双层自旋折纸蜂窝夹层结构的应变能，使得被保护体的受载过程更为平缓，以达到吸能减振的效果。

技术领域

本发明属于防护吸能材料技术领域，具体涉及一种吸能夹层结构及其制备方法，充当防护吸能材料。

背景技术

“节能、环保、安全”一直是交通运输产业发展的重要主题，随着能源紧缺、环境污染和交通事故等问题的不断出现，人们对能源节约、环境保护和交通安全的要求也日益提高，新型轻量化吸能材料便应运而生。近年来，随着材料制备及成型技术的日益成熟，出现了多种以夹层结构为设计框架的轻型吸能材料：蜂窝夹层结构、泡沫夹层结构、点阵夹层结构、瓦楞夹层结构和折纸夹层结构等，它们具有优良的力学性能，质量轻，比模量大，抗振，隔音，隔热，吸能强等优点，可以满足车辆、船舶、航空、航天等诸多方面材料结构需求。

传统正六边形蜂窝是当代轻量化设计中经常采用的一种减重、吸能结构，为了改变蜂窝夹层板的吸能性能，已有数种方法在文献中被提出（Gunes R(2016) Developmentof numerical realistic model for predicting low-velocity impact response ofaluminium honeycomb sandwich structures. Journal of Sandwich Structures andMaterials18(1) :95-112. ;Tolga T(2018) Investigation of low velocity impactbehaviors of honeycomb sandwich composites. Journal of Mechanical Science andTechnology32(7) :3161-3167. ;Giulia P(2018) Single and double-layer honeycombsandwich panels under impact loading. International Journal of ImpactEngineering121 :77-90），然而这些改变蜂窝夹层结构吸能性能的方法种类有限，并且都是在改变其材料或几何参数的基础上提出的，在实际应用中具有一定的局限性：（1）传统正六边形蜂窝结构的初始屈曲载荷较高，触发其变形吸能机制需要较大的能量，因此在与人体等易受损保护对象发生碰撞时，很难起到保护效果；（2）对于传统正六边形蜂窝结构，虽然能够通过增大芯层单元边长等手段改善其吸能性能，但是在应用空间有限的环境中（如头盔、护具、发动机罩等），蜂窝结构设计尺寸受限，因此这类方法很难满足实际应用需求。