[发明专利]一种吸能元件及其点阵吸能结构

说明书

本发明公开一种吸能元件及其点阵吸能结构，包括两个锥台，任一锥台包括第一面、第二面和侧面，第一面和第二面上下相对设置，侧面围设在第一面和第二面之间，第二面的面积大于第一面，两个锥台位于第二面的一端固接成一体式结构，锥台的内部设置有空腔，第一面和第二面均设置有与空腔连接的孔。本发明的点阵结构以稳定可控的方式变形塌陷，相对于多胞管等其他结构，本发明的点阵结构在准静态压缩条件下没有初始峰值力，且力随位移变化都呈现平稳的变化趋势。点阵结构由于变形是稳定的，其破碎力一直维持在平台值，在有效的位移范围内呈现准矩形的能量吸收曲线，此外改变胞元尺寸可以控制压缩比，便于吸能过程的精确可控。

技术领域

本发明涉及缓冲吸能技术领域，尤其涉及一种吸能元件及其点阵吸能结构。

背景技术

为响应绿色节能的号召，对包装、航空航天、轨道交通等领域的设备重量的控制逐渐成为重要设计方针。点阵结构作为一种有序的多孔材料，不仅能在保持高孔隙率的前提下，可以根据不同应用需求对其微细观结构进行优化设计，而且可以保证良好的比刚度、比强度。因此，相比传统薄壁结构，点阵结构在保证个性化设计的同时也能实现在具体应用环境下的力学性能调控。

根据微结构结构构造形式的不同，点阵结构又分为二维和三维点阵结构。二维点阵结构是将平面排布的多边形在第三方向上拉伸得到的蜂窝结构；三维点阵结构是由杆、板等元素在空间上按照一定规则排列成的空间桁架结构。其中，蜂窝结构是重要的能量吸收器，拓扑构型、结构参数及载荷类型等对其力学性能有着重要影响。然而这些研究发现，在外载荷下，蜂窝结构可能产生不可控的塌陷模式，同时出现较高的最大初始峰值载荷值以及载荷位移图的波动幅度较大，不利于精确控制。

发明内容

本发明目的在于提供一种吸能元件及其点阵吸能结构，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种吸能元件，包括两个锥台，任一所述锥台包括第一面、第二面和侧面，所述第一面和第二面上下相对设置，所述侧面围设在所述第一面和第二面之间，所述第二面的面积大于第一面，两个所述锥台位于所述第二面的一端固接成一体式结构，所述锥台的内部设置有空腔，所述第一面和第二面均设置有与所述空腔连接的孔。

进一步的，所述锥台为第一面和第二面平行的棱台结构。

进一步的，所述棱台为四棱台，所述四棱台的第一面和第二面为正方形或者矩形，所述侧面为梯形。

进一步的，所述锥台的第一面和第二面为正方形，所述侧面为等腰梯形，所述第一面和第二面贯通空腔的孔均为正方形孔。

进一步的，所述空腔为上下侧贯通所述第一面和第二面的锥台形状空腔。

进一步的，所述锥台为第一面和第二面平行且为圆形的圆锥台。

进一步的，两个所述锥台通过3D打印一体成形。

然后，本发明公开了一种点阵吸能结构，包括多个上述方案所述的吸能元件，竖向相邻的所述吸能元件靠近第一面的一端固接一体，横向相邻的所述吸能元件靠近所述第二面的中部固接一体。

进一步的，所述吸能元件沿着空间的三个方向阵列排布成四棱台点阵结构。

进一步的，所述四棱台点阵结构通过3D打印一体成形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的点阵结构以稳定可控的方式变形塌陷，相对于多胞管等其他结构，本发明的点阵结构在准静态压缩条件下没有初始峰值载荷，且破碎力随位移变化都呈现平稳的变化趋势。点阵结构由于变形是稳定的，其破碎力一直维持在平台值，在有效的位移范围内呈现准矩形的能量吸收曲线。另外通过改变胞元尺寸可以控制四棱台点阵结构的压缩比，便于吸能过程的精确可控。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明