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)，所述芯板層包括芯材和填充在所述芯材之間和/或填充在所述芯材與所述密閉空間之間的剪切增稠流體材料。當(dāng)吸能裝置受到外來沖擊物作用時，上、下面板、側(cè)板以及芯材結(jié)構(gòu)會發(fā)生快速變形，從而對芯板中填充的剪切增稠流體材料施加快速剪切作用，剪切增稠流體材料在較高剪切應(yīng)變率下粘度快速升高，從而快速耗散沖擊能，從而具有較高的比強度、比剛度、防振及吸能能力。
【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)具有較高比強度、比剛度，同時具有減震、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，在工程中有著大量應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的點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度和剛度，但是整體吸能效果不理想。而夾芯材料為實心時，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)不能同時滿足結(jié)構(gòu)的強度、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)點陣夾芯板原有的優(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)，所述芯板層包括芯材和填充在所述芯材之間和/或填充在所述芯材與所述密閉空間之間的剪切增稠流體材料。
[0007]作為上述方案的實施例一:
[0008]所述芯材呈空間點陣狀布置。
[0009]作為實施例一的一種優(yōu)選方案:
[0010]所述芯材由多個第一節(jié)點單元彼此連接呈網(wǎng)狀；每個所述第一節(jié)點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節(jié)點上，所述芯材棒的另一端分別連接在與該節(jié)點相鄰且方向相對的不同節(jié)點上；位于上方的所述節(jié)點與所述上面板連接，位于下方的所述節(jié)點與所述下面板連接。
[0011]作為實施例一的另一種優(yōu)選方案:
[0012]所述芯材包括多個彼此分離的第二節(jié)點單元，所述第二節(jié)點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節(jié)點，所述節(jié)點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]作為上述方案的實施例二:
[0014]所述芯材呈開孔泡沫狀或蜂窩狀。
[0015]在上述所有方案的基礎(chǔ)上:
[0016]所述剪切增稠流體材料為STF。
[0017]在上述所有方案的基礎(chǔ)上:
[0018]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。
[0019]本發(fā)明提供的夾芯吸能裝置，芯材與上面板、下面板、側(cè)板圍設(shè)形成的密閉空間之間具有填充空間，剪切增稠液體材料就填充在芯材與密閉空間之間的填充空間內(nèi)，這樣芯板就由芯材和剪切增稠流體材料共同構(gòu)成，當(dāng)吸能裝置受到外來沖擊物作用時，上面板、下面板、側(cè)板以及芯材結(jié)構(gòu)會發(fā)生快速變形，從而對芯板中填充的剪切增稠流體材料施加快速剪切作用，剪切增稠流體材料在較高剪切應(yīng)變率下粘度快速升高，從而快速耗散沖擊能，外來沖擊能主要被兩部分消耗，一部分是面板、側(cè)板以及芯材結(jié)構(gòu)的變形能，另一部分是由于剪切增稠流體材料在剪切作用下的高粘性耗散能；從而具有較高的比強度、比剛度、防振及吸能能力；初步實驗結(jié)果表明，相比于沒有填充剪切增稠流體材料的吸能裝置其吸能能力提高了 45%，且防振能力提升了 50%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例一提供的夾芯吸能裝置的截面圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例二提供的夾芯吸能裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例三提供的夾芯吸能裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例四提供的夾芯吸能裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實施例五提供的夾芯吸能裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明實施例五提供的夾芯吸能裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0026]實施例一
[0027]如圖1所示，本發(fā)明實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內(nèi)部和/或填充在芯材21與封裝面板I內(nèi)部的密閉空間之間的剪切增稠流體材料22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包括芯材21和填充在芯材21之間和/或填充在芯材21與所述密閉空間之間的剪切增稠流體材料22。
[0028]本實發(fā)明中的芯材21主要為芯板層2形成一個支撐骨架，芯材21可以是一個整體的框架式結(jié)構(gòu)、參見圖1-3 ;芯材21也可以是由多個彼此獨立、分散的結(jié)構(gòu)單元排列形成，參見圖4 ;芯材21還可以是具有多個開孔的泡沫狀，參見圖5 ;芯材21還可以是蜂窩狀，參見圖6。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。
[0029]本發(fā)明提供的夾芯吸能裝置，芯材21與上面板11、下面板12、側(cè)板13圍設(shè)形成的密閉空間之間具有填充空間，或芯材21內(nèi)部具有開孔，剪切增稠液體材料22就填充在芯材與密閉空間之間的填充空間內(nèi)或填充在芯材21內(nèi)部的開孔內(nèi)，這樣芯板層2就由芯材21和剪切增稠流體材料22共同構(gòu)成，當(dāng)吸能裝置受到外來沖擊物作用時，上面板11、下面板12、側(cè)板13以及芯材21自身結(jié)構(gòu)會發(fā)生快速變形，從而對芯板中填充的剪切增稠流體材料21施加快速剪切作用，剪切增稠流體材料在較高剪切應(yīng)變率下粘度快速升高，從而快速耗散沖擊能，外來沖擊能主要被兩部分消耗，一部分是面板、側(cè)板以及芯材結(jié)構(gòu)的變形能，另一部分是由于剪切增稠流體材料在剪切作用下的高粘性耗散能；從而具有較高的比強度、比剛度、防振及吸能能力；初步實驗結(jié)果表明，相比于沒有填充剪切增稠流體材料的吸能裝置其吸能能力提高了 45%，且防振能力提升了 50%以上。
[0030]作為優(yōu)選方案:
[0031]參見圖2-4，芯材21呈空間點陣狀布置。
[0032]實施例二
[0033]參見圖2，芯材21由多個第一節(jié)點單元210彼此連接呈網(wǎng)狀；每個第一節(jié)點單元210包括三根以上(本實施例中為三根，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節(jié)點(第一節(jié)點A)上，芯材棒的另一端分別連接在與該節(jié)點(第一節(jié)點A)相鄰且方向相對的不同節(jié)點(第二節(jié)點B)上；位于上方的節(jié)點(參見圖2中的第一節(jié)點A)與上面板11連接，位于下方的節(jié)點(參見圖2中的第二節(jié)點B)與下面板12連接。
[0034]實施例三
[0035]參見圖3，本實施例與實施例二的區(qū)別僅在于每個第一節(jié)點單元210包括四根呈空間形狀布置的芯材棒21a。
[0036]實施例四
[0037]參見圖4，芯材21包括多個彼此分離的第二節(jié)點單元220，第二節(jié)點單元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，芯材棒彼此交叉于同一個節(jié)點(參見圖4中的第三節(jié)點C)，第三節(jié)點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。
[0038]實施例五
[0039]參見圖5，芯材21呈開孔泡沫狀，剪切增稠流體材料填充在芯材21內(nèi)部的開孔21b 中。
[0040]實施例六
[0041]參見圖6，芯材21呈蜂窩狀，剪切增稠流體材料填充在芯材21內(nèi)部的開孔21b中。
[0042]上述實施例中:
[0043]剪切增稠流體材料22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。根據(jù)沖擊物體的質(zhì)量和速度，選擇合適的材料與尺寸。本發(fā)明提出夾芯板材料中填充剪切增稠流體的方式，使傳統(tǒng)夾芯板在保持其原有的優(yōu)良性能基礎(chǔ)之上，提高夾芯板的抗振和抗沖擊能力。
【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，所述芯板層包括芯材和填充在所述芯材之間和/或填充在所述芯材與所述密閉空間之間的剪切增稠流體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間點陣夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材呈空間點陣狀布置。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材由多個第一節(jié)點單元彼此連接呈網(wǎng)狀；每個所述第一節(jié)點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節(jié)點上，所述芯材棒的另一端分別連接在與該節(jié)點相鄰且方向相對的不同節(jié)點上；位于上方的所述節(jié)點與所述上面板連接，位于下方的所述節(jié)點與所述下面板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材包括多個彼此分離的第二節(jié)點單元，所述第二節(jié)點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節(jié)點，所述節(jié)點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所述的夾芯吸能裝置，其特征在于，所述芯材呈開孔泡沫狀或蜂窩狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一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 STF0
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】B32B33/00GK104476828SQ201410707957
【公開日】2015年4月1日 申請日期: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 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所