一種多工況匹配自適應逆勢安全結構的製作方法

2023-05-26 15:57:26

本發明涉及一種逆勢安全結構，具體涉及一種多工況匹配自適應逆勢安全結構。

背景技術：

目前在橋梁建築、軌道交通、礦山、船舶和汽車製造等領域，工程技術人員廣泛使用液壓緩衝、薄壁構件等來吸收衝擊所帶來的能量，從而達到保護目標結構的目的。液壓緩衝吸能的原理是衝擊作用在液壓器件上，利用油液的粘性阻尼作用，將部分衝擊能量通過節流孔吸收轉化為油液的熱能並散發掉。液壓緩衝裝置結構複雜、維修不便、密封要求高、並且對環境溫度變化敏感，成產成本和保養費用高。薄壁構件吸能是利用薄壁結構在受到外力時變形乃至壓潰吸收和消耗衝擊能量，其結構相對簡單，但薄壁結構受衝擊塑性變形乃至壓潰，僅能承受一次衝擊，不能用於交變衝擊，不能重複使用。

隨著對高分子材料性能研究的深入，科學家和工程技術人員嘗試利用纖維增強高聚物等材料來達到吸能效果。這些材料在受到外載荷時，通過大變形、屈曲等原理來吸收能量，並進一步轉變為內能耗散。這些材料在受到線性、低速衝擊時能夠較好地實現吸能效果，然而一旦受到非線性、高速衝擊時，其吸能效果就會大幅度下降，主要原因在於應力區域化和材料響應速度慢。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種多工況匹配自適應逆勢安全結構，將衝擊能量轉換為填充材料內部之間的摩擦內能、填充材料和多連通域單元之間的摩擦內能以及多連通域單元的變形能，從而有效地提高了能量的吸收，增強了安全防護效果；該結構能夠重複使用，在多次衝擊情況下，也有良好的吸能效果；該結構可以同時應對多方向複雜工況衝擊，並且可以根據應用場合空間要求自由組裝，適應性強；該結構材料成本低廉，且重量相對較輕，適合大規模生產和應用。

為了達到以上目的，本發明採用如下技術方案：

一種多工況匹配自適應逆勢安全結構，包括多個由高聚物材料製成的多連通域單元1、填充在多連通域單元1內部可流動且具有良好吸能效果的填充材料2、用來連接多個多連通域單元1的連接器3以及設置在多連通域單元1和連接器3間防止多連通域單元1周向運動的鎖止件4。

所述多連通域單元1包括形狀為紡錘狀或者圓筒狀的外殼1-1，設置在外殼1-1內形狀為陀螺狀的內芯1-2，構成其內部多連通空心域的孔道1-3，孔道1-3的方向包括軸向、徑向和周向。

所述連接器3上加工有固定多連通域單元1的多個盲孔，該盲孔底部有定位槽以固定形狀為圓錐狀帶有外螺紋的鎖止件4防止其周向運動，所述多連通域單元1端部在旋入連接器3過程中由於受到鎖止件4擴張作用，端部被擴展成帶內螺紋的圓錐狀，與連接器3實現良好固定連接，防止多連通域單元1從連接器3中滑脫。

所述高聚物材料為天然橡膠、合成橡膠、天然樹脂或者合成樹脂。

所述具有良好吸能效果的填充材料2為逆勢納米凝膠材料。

所述連接器3為球形或者多面體形；連接器3上用來固定多連通域單元1的盲孔剖面為倒梯形或者矩形。

所述連接器3的材料為鋼材、陶瓷、樹脂或者合金。

所述鎖止件4的材料為鋼材、陶瓷或者合金。

和現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)填充材料在高聚物製成的多連通域單元內部受到複雜邊界約束，受到衝擊作用時流動狀態複雜，從而填充材料內部之間摩擦吸能效果好，增強了該結構的安全防護性能。

(2)多連通域單元內部孔道構成複雜，與填充材料接觸充分，摩擦面積大，極大提升了該結構的安全防護性能。

(3)該安全防護結構可以通過連接器和鎖止件裝配成多種形狀和尺寸，適應不同場合的空間要求。

(4)該結構可以同時承受來自不同方向的衝擊且具有相近的防護效果，適應多種安全防護需求。

(5)該結構可以重複變形並且回復原狀，可以適應交變衝擊和長期重複使用。

(7)該結構製作材料相對經濟，製作工藝要求較低，適於大規模推廣應用。

附圖說明

圖1是本發明逆勢安全結構一個基本構件示意圖。

圖2是本發明多連通域單元示意圖。

圖3是本發明連接器和鎖止件示意圖。

圖4是本發明實施方式1示意圖。

圖5是本發明實施方式2示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明做進一步詳細說明。

參照圖1，一種多工況匹配自適應逆勢安全結構，包括由高聚物材料製成的多連通域單元1、填充在多連通域單元1內部可流動且具有良好吸能效果的填充材料2以及用來連接多個多連通域單元1的連接器3和鎖止件4。圖中所示三個多連通域單元1通過一個連接器3和鎖止件4組成的一個基本構件；每個多連通域單元1另一端也可以裝連接器3，因此可以連接更多的多連通域單元1，通過多次組裝，可以得到不同形狀和尺寸的逆勢安全結構。以圖1所示的基本構件為例，每個多連通域單元1軸向的承受衝擊能量相同，因此該結構可以同時承受來自於不同方向的衝擊，適應多種安全防護場合。

參照圖2，一個多連通域單元1由高聚物材料製成；其紡錘狀的空心外殼1-1內部具有一個陀螺狀的內芯1-2，該內芯1-2的兩端與外殼1-1固定，內芯1-2其他部位與外殼1-1存在間隙，內芯1-2的兩側軸部位有軸向的孔道1-3，內芯的中間凸起部位有軸向、徑向以及周向的孔道1-3，這些孔道1-3在相互交叉的位置連通；內芯1-2中的孔道1-3和內芯1-2與外殼1-1之間的間隙相互連通，共同構成多連通域單元1內部的多連通空心域；在多連通空心域中填充選定的可流動填充材料2。受到衝擊時，填充材料2在該空心域中流動，由於該空心域的孔道1-3方向多，連通位置多，結構複雜，因此填充材料2流動狀態複雜，填充材料2內部之間的摩擦充分，並且填充材料2與該多連通域單元1內表面摩擦面積大，吸收衝擊能量效果好，安全防護性能高。

參照圖3，多連通域單元1與連接器3通過鎖止件4連接。連接器3上加工出盲孔，該盲孔底部有定位槽以固定鎖止件4防止其周向運動，多連通域單元1端部內螺紋與圓錐鎖止件4外螺紋構成連接，多連通域單元1是彈性材料製成，因此其端部在旋入連接器3過程中由於受到鎖止件4擴張作用而被擴展成圓錐狀，與連接器3實現良好固定連接，防止多連通域單元1從連接器3中滑脫。

參照圖4，該逆勢安全結構的一種應用實施方式是多連通域單元1構成體心立方晶格結構，此種實施方式下，該結構中多連通域單元1受力狀態分為拉壓受力和彎曲受力，該結構具有六個承受衝擊力能力相同的方向，多連通域單元1布置方向較少，受力狀態較簡單且結構彈性較大，適用於輕載衝擊。

參照圖5，該結構另一種實施方式是多連通域單元1構成金剛石晶體結構，此種實施方式下，結構中各多連通域單元1受力情況相似，均為彎曲受力狀態，該結構具有六個承受衝擊力能力相同的方向，多連通域單元1布置方向多，結構剛度大，適用於重載衝擊。