夾芯吸能裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種夾芯吸能裝置，包括上面板、下面板、側(cè)板以及芯板層，所述芯板層填充在所述上面板、下面板、側(cè)板圍設(shè)形成的密閉空間內(nèi)，其特征在于，所述芯板層包括脆性爆破層和嵌設(shè)在所述脆性爆破層內(nèi)的芯材；所述芯材與所述脆性爆破層之間填充有剪切增稠流體材料。當(dāng)吸能裝置經(jīng)受子彈侵撤時(shí)，面板及側(cè)板首先吸能，之后子彈侵徹脆性爆破層，導(dǎo)致脆性爆破層碎裂，進(jìn)一步吸收子彈能量；同時(shí)脆性爆破層變形過程中導(dǎo)致剪切增稠流體材料快速流動(dòng)，通過粘性耗散能量；提高夾芯吸能裝置的抗振和抗沖擊能力。
【專利說明】夾芯吸能裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸能技術(shù)，特別是一種夾芯吸能裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]空間點(diǎn)陣夾芯吸能結(jié)構(gòu)是一種通過塑性大變形來耗散沖擊載荷能量的有效吸能結(jié)構(gòu)。夾芯結(jié)構(gòu)一般為多孔金屬結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)單層板相比，面板夾芯結(jié)構(gòu)具有較高比強(qiáng)度、比剛度，同時(shí)具有減震、隔溫、吸聲等功能。在滿足力學(xué)性能要求的情況下減輕了結(jié)構(gòu)重量，降低了成本。面板夾芯結(jié)構(gòu)通常用于輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在工程中有著大量應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的點(diǎn)陣夾芯板一般通過結(jié)構(gòu)件的塑性大變形吸能。目前比較普遍的夾芯結(jié)構(gòu)有:蜂窩型、波浪型、金字塔型等。優(yōu)化點(diǎn)陣夾芯板的方法一般分為兩類:一類是通過改變夾芯空間結(jié)構(gòu)達(dá)到優(yōu)化目的；另一類是通過改變芯材的材質(zhì)來優(yōu)化吸能效果，比如芯材為泡沫、實(shí)心陶瓷等材料來提高吸能性能，可提高原有結(jié)構(gòu)的吸能效果。
[0004]傳統(tǒng)點(diǎn)陣夾芯板以及泡沫夾芯板主要通過面板與夾芯材料塑性變形的方式吸收能量，夾芯板具有一定的強(qiáng)度和剛度，但是整體吸能效果不理想。而夾芯材料為實(shí)心時(shí)，吸能效果明顯提高，但是結(jié)構(gòu)的抗振性能較差。因此，現(xiàn)有的夾芯板結(jié)構(gòu)不能同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗振、抗沖擊吸能性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種夾芯吸能裝置，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，在保持傳統(tǒng)夾芯板原有的優(yōu)良性能基礎(chǔ)之上，提高夾芯吸能裝置的抗振和抗沖擊能力。
[0006]本發(fā)明提供一種夾芯吸能裝置，包括上面板、下面板、側(cè)板以及芯板層，所述芯板層填充在所述上面板、下面板、側(cè)板圍設(shè)形成的密閉空間內(nèi)，其特征在于，所述芯板層包括脆性爆破層和嵌設(shè)在所述脆性爆破層內(nèi)的芯材；所述芯材與所述脆性爆破層之間填充有剪切增稠流體材料。
[0007]作為優(yōu)選方案:
[0008]所述芯材包括多根芯材棒，且所述芯材棒布置呈空間點(diǎn)陣狀。
[0009]作為上述優(yōu)選方案的實(shí)施例一:
[0010]所述芯材由多個(gè)第一節(jié)點(diǎn)單元彼此連接呈網(wǎng)狀；每個(gè)所述第一節(jié)點(diǎn)單元包括三根以上呈空間形狀布置的芯材棒，所述芯材棒的一端均連接在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，所述芯材棒的另一端分別連接在與該節(jié)點(diǎn)相鄰且方向相對(duì)的不同節(jié)點(diǎn)上；位于上方的所述節(jié)點(diǎn)與所述上面板連接，位于下方的所述節(jié)點(diǎn)與所述下面板連接。
[0011]作為上述優(yōu)選方案的實(shí)施例二:
[0012]所述芯材包括多個(gè)彼此分離的第二節(jié)點(diǎn)單元，所述第二節(jié)點(diǎn)單元包括三根以上呈空間形狀布置的芯材棒，所述芯材棒彼此交叉于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)均位于所述芯材棒的中部，所述芯材棒的一端均與所述上面板連接，所述芯材棒的另一端均與所述下面板連接。
[0013]上述實(shí)施例中:
[0014]所述脆性爆破層材質(zhì)為陶瓷。
[0015]進(jìn)一步地，所述剪切增稠流體材料為STF。
[0016]特別是，所述上面板、下面板的材質(zhì)為金屬、陶瓷或塑料，所述側(cè)板的材質(zhì)為金屬。
[0017]本發(fā)明提供的夾芯吸能裝置，當(dāng)吸能裝置經(jīng)受物體沖擊時(shí)，上面板、下面板、芯材結(jié)構(gòu)變形，同時(shí)芯材變形導(dǎo)致剪切增稠流體材料粘性急劇上升，通過粘性耗散能量，同時(shí)使得結(jié)構(gòu)具有良好的抗振性能；另外脆性爆破層也吸收一部分彈性變性能，進(jìn)一步增加吸能能力；當(dāng)吸能裝置經(jīng)受子彈侵撤時(shí)，面板及側(cè)板首先吸能，之后子彈侵徹脆性爆破層，導(dǎo)致脆性爆破層碎裂，進(jìn)一步吸收子彈能量；同時(shí)脆性爆破層變形過程中導(dǎo)致剪切增稠流體材料快速流動(dòng)，通過粘性耗散能量；提高夾芯吸能裝置的抗振和抗沖擊能力；通過前期的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該結(jié)構(gòu)相比于未填充的夾芯結(jié)構(gòu)，沖擊吸能能力提高50%以上，抗侵徹能力提高70%以上，抗振能力提高50%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的夾芯吸能裝置的截面圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的夾芯吸能裝置中芯材的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的夾芯吸能裝置中芯材的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例四提供的夾芯吸能裝置中芯材的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例一
[0023]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種夾芯吸能裝置，該裝置包括封裝面板I以及封存在封裝面板I內(nèi)部密閉空間內(nèi)的芯板層2，芯板層2由芯材21和填充于芯材21與封裝面板I內(nèi)部的密閉空間之間的脆性材料形成；其中，封裝面板I包括上面板11、下面板12、側(cè)板13，芯板層2填充在上面板11、下面板12、側(cè)板13圍設(shè)形成的密閉空間內(nèi)，芯板層2包括脆性爆破層23和嵌設(shè)在脆性爆破層23內(nèi)的芯材21 ;芯材21與脆性爆破層23之間填充有剪切增稠流體材料22。
[0024]脆性爆破層23可采用陶瓷或玻璃等脆性易碎材料，脆性爆破層23可采用多塊成型單元塊23a組合形成，首先將多個(gè)成型單元塊23a通過高強(qiáng)膠粘接固定在上面板11上形成上半部分10，將多個(gè)成型單元塊23a高強(qiáng)膠粘接固定在下面板12上形成下半部分20，再將上半部分10與下半部分20組合，使得成型單元塊23a與成型單元塊23a之間形成間隙通道，芯材21置于該通道中，制作步驟上可在上半部分10與下半部分20組合之前將芯材放置于下半部分20上，上半部分10、芯材21及下半部分20組合后，向芯材21與間隙通道之間填充剪切增稠流體材料22，最后通過側(cè)板13密封。
[0025]本實(shí)發(fā)明中的芯材21主要為芯板層2形成一個(gè)支撐骨架，可以是一個(gè)整體的框架式結(jié)構(gòu)、參見圖1-3 ;也可以是由多個(gè)彼此獨(dú)立、分散的結(jié)構(gòu)單元排列形成，參見圖4。圖1中的芯材21為金字塔形的超輕多孔金屬芯層，芯材21與密閉空間的縫隙間填充剪切增稠流體材料22，上面板11及下面板12均為金屬板，四周的側(cè)板13采用金屬薄板進(jìn)行密封。
[0026]本發(fā)明提供的夾芯吸能裝置，當(dāng)吸能裝置經(jīng)受物體沖擊時(shí)，上面板11、下面板12、芯材21結(jié)構(gòu)變形，同時(shí)芯材21變形導(dǎo)致剪切增稠流體材料22粘性急劇上升，通過粘性耗散能量，同時(shí)使得結(jié)構(gòu)具有良好的抗振性能；另外脆性爆破層23也吸收一部分彈性變性能，進(jìn)一步增加吸能能力；當(dāng)吸能裝置經(jīng)受子彈侵撤時(shí)，上面板11、下面板12及側(cè)板13首先吸能，之后子彈侵徹脆性爆破層23，導(dǎo)致脆性爆破層23碎裂，進(jìn)一步吸收子彈能量；同時(shí)脆性爆破層23變形過程中導(dǎo)致剪切增稠流體材料22快速流動(dòng)，通過粘性耗散能量；通過前期的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該結(jié)構(gòu)相比于未填充的夾芯結(jié)構(gòu)，沖擊吸能能力提高50%以上，抗侵徹能力提尚70%以上，抗振能力提尚50%以上。
[0027]作為優(yōu)選方案:
[0028]參見圖2-4，芯材21包括多根芯材棒，且芯材棒布置呈空間點(diǎn)陣狀。
[0029]實(shí)施例二
[0030]參見圖2，芯材21具體由多個(gè)第一節(jié)點(diǎn)單元210彼此連接呈網(wǎng)狀；每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)單元210包括三根以上(本實(shí)施例中為三根，參見圖2)呈空間形狀布置的芯材棒21a，芯材棒21a的一端均連接在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)(第一節(jié)點(diǎn)A)上，芯材棒21a的另一端分別連接在與該節(jié)點(diǎn)(第一節(jié)點(diǎn)A)相鄰且方向相對(duì)的不同節(jié)點(diǎn)(第二節(jié)點(diǎn)B)上；位于上方的節(jié)點(diǎn)(參見圖2中的第一節(jié)點(diǎn)A)與上面板11連接，位于下方的節(jié)點(diǎn)(參見圖2中的第二節(jié)點(diǎn)B)與下面板12連接。制作時(shí)，成型單元塊呈三棱錐狀。
[0031]實(shí)施例三
[0032]參見圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例二的區(qū)別僅在于每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)單元210包括四根呈空間形狀布置的芯材棒21a。制作時(shí)，成型單元塊呈四棱錐狀。
[0033]實(shí)施例四
[0034]參見圖4，芯材21包括多個(gè)彼此分離的第二節(jié)點(diǎn)單元220，第二節(jié)點(diǎn)單元220包括三根以上(圖4中為三根)呈空間形狀布置的芯材棒22a，芯材棒22a彼此交叉于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)(參見圖4中的第三節(jié)點(diǎn)C)，第三節(jié)點(diǎn)C均位于芯材棒22a的中部，芯材棒22a的一端均與上面板11連接，芯材棒22a的另一端均與下面板12連接。制作時(shí)，成型單元塊呈三棱錐狀或是與其它形狀的組合。
[0035]上述實(shí)施例中:
[0036]脆性爆破層材質(zhì)為陶瓷。
[0037]進(jìn)一步地，剪切增稠流體材料為STF(shear thickening fluid的簡稱)上面板11、下面板12的材質(zhì)為金屬、陶瓷或塑料，側(cè)板13的材質(zhì)為金屬。
[0038]相比傳統(tǒng)點(diǎn)陣材料的塑性變形吸能方式，本發(fā)明通過面板及夾芯材料變形、STF粘性耗散、陶瓷吸能的組合吸能方法，吸能效果更好。另外，STF填充的點(diǎn)陣吸能結(jié)構(gòu)，以及陶瓷+STF填充的點(diǎn)陣吸能結(jié)構(gòu)保持了點(diǎn)陣材料高比強(qiáng)度、比剛度的性能，同時(shí)提升了結(jié)構(gòu)減振、隔溫、吸聲等優(yōu)良性能，同時(shí)對(duì)于陶瓷+STF填充的點(diǎn)陣吸能結(jié)構(gòu)大幅提升了結(jié)構(gòu)的抗侵徹性能。
【權(quán)利要求】
1.一種夾芯吸能裝置，包括上面板、下面板、側(cè)板以及芯板層，所述芯板層填充在所述上面板、下面板、側(cè)板圍設(shè)形成的密閉空間內(nèi)，其特征在于，所述芯板層包括脆性爆破層和嵌設(shè)在所述脆性爆破層內(nèi)的芯材；所述芯材與所述脆性爆破層之間填充有剪切增稠流體材料。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材包括多根芯材棒，且所述芯材棒布置呈空間點(diǎn)陣狀。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材由多個(gè)第一節(jié)點(diǎn)單元彼此連接呈網(wǎng)狀；每個(gè)所述第一節(jié)點(diǎn)單元包括三根以上呈空間形狀布置的芯材棒，所述芯材棒的一端均連接在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，所述芯材棒的另一端分別連接在與該節(jié)點(diǎn)相鄰且方向相對(duì)的不同節(jié)點(diǎn)上；位于上方的所述節(jié)點(diǎn)與所述上面板連接，位于下方的所述節(jié)點(diǎn)與所述下面板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材包括多個(gè)彼此分離的第二節(jié)點(diǎn)單元，所述第二節(jié)點(diǎn)單元包括三根以上呈空間形狀布置的芯材棒，所述芯材棒彼此交叉于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)均位于所述芯材棒的中部，所述芯材棒的一端均與所述上面板連接，所述芯材棒的另一端均與所述下面板連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述脆性爆破層材質(zhì)為陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述剪切增稠流體材料為STF。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述上面板、下面板的材質(zhì)為金屬、陶瓷或塑料，所述側(cè)板的材質(zhì)為金屬。
【文檔編號(hào)】B32B1/06GK104441802SQ201410707888
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】吳先前, 黃晨光 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所