CN112013718A - 一种耦合仿生抗爆吸能板及人体防护装置或汽车部件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合仿生抗爆吸能板，包括沿所述吸能板的厚度方向顺序间隔设置的多层基板、设置在每相邻两层基板之间的多个吸能晶胞以及填充在吸能晶胞和相邻两层基板之间所形成的空腔内的填充物，每个吸能晶胞均包括第一轮廓线和第二轮廓线，每个吸能晶胞均具有中心平面，第一轮廓线相对中心平面对称设置，第二轮廓线分别对称设置在所述中心平面的相对两侧，吸能晶胞还包括分别连接在两侧的第二轮廓线和第一轮廓线的端部之间的过渡曲线，第一轮廓线满足曲线方程y＝‑0.021x2+0.113x+25.31，第二轮廓线满足曲线方程y＝‑2.315x2+3.722x+6.398。该耦合仿生抗爆吸能板结构简单，该吸能晶胞截面轮廓类似松塔的外形结构，具有良好的缓冲吸能作用，从而可确保被保护的车辆、车内设备以及乘员的安全。

Description

一种耦合仿生抗爆吸能板及人体防护装置或汽车部件
技术领域
本发明涉及***冲击防护技术领域，具体涉及一种耦合仿生抗爆吸能板及人体防护装置或汽车部件。
背景技术
自从03年***战争爆发，战争模式由装甲集群对抗转变为小规模、低强度的非对称作战，反美武装使用简易***物对美军造成大量伤亡。***造成军用车辆的损失约占总量的20％，部分战役中这个比例接近于40％。而目前我国自行研发的二代、三代军车目前均未考虑防爆能力，对于防爆装甲车辆的结构特性以及车内人员防护也是起步阶段。同时由于***所引起的冲击响应，造成二次受伤的情况越来越多，在这些情况中，***所产生的冲击效应，会对人员以及设备造成各种不可逆的伤害。
目前国内虽然已经出现了各种防护座椅，头枕等装置，但大都采用传统的设计思路，如复杂的机械连杆机构、弹簧机构、液压机构以及滑轨机构，不仅成本高，而且具有占地空间大，重量大等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的耦合仿生抗爆吸能板。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种耦合仿生抗爆吸能板，包括多层基板，多层所述基板沿所述吸能板的厚度方向顺序间隔设置，所述吸能板还包括设置在每相邻两层所述基板之间的多个吸能晶胞以及填充在所述吸能晶胞和相邻两层所述基板之间所形成的空腔内的填充物，每个所述吸能晶胞均包括第一轮廓线和第二轮廓线，每个所述吸能晶胞均具有中心平面，所述第一轮廓线相对所述中心平面对称设置，所述第二轮廓线分别对称设置在所述中心平面的相对两侧，所述吸能晶胞还包括分别连接在两侧的所述第二轮廓线和所述第一轮廓线的端部之间的过渡曲线，所述第一轮廓线满足曲线方程y＝-0.021x2+0.113x+25.31，所述第二轮廓线满足曲线方程y＝-2.315x2+3.722x+6.398。
优选地，位于同一层的各所述吸能晶胞的结构尺寸均相同，且位于同一层的各所述吸能晶胞的所述中心平面相平行设置。
进一步地，沿所述吸能板的厚度延伸方向，相邻两层的所述吸能晶胞的所述中心平面相垂直，间隔设置的所述吸能晶胞的所述中心平面相平行或重合。
更进一步地，沿所述吸能板的厚度延伸方向，所述中心平面相平行或重合设置的各层所述吸能晶胞的尺寸逐渐增大。
一种具体的实施例，沿所述吸能板的厚度延伸方向，所述中心平面相平行或重合设置的各层所述吸能晶胞的高度尺寸以2的指数倍增大。
优选地，所述基板的材料为钢板、镁铝合金板或碳纤维板。
优选地，所述填充物采用泡沫填充物。
优选地，所述吸能晶胞采用弹性金属材料。
本发明还提供一种人体防护装置或汽车部件，具有如上述任一项所述的吸能板。
优选地，位于同一层的各所述吸能晶胞的结构尺寸均相同，且位于同一层的各所述吸能晶胞的所述中心平面相平行设置，从所述吸能板的内侧到外侧，所述中心平面相平行或重合设置的各层所述吸能晶胞的尺寸逐渐增大。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的耦合仿生抗爆吸能板结构简单，该吸能晶胞截面轮廓类似松塔的外形结构，可以起到很好的缓冲吸能作用，从而可确保被保护的车辆、车内设备以及乘员的安全。
附图说明
附图1为本发明的耦合仿生抗爆吸能板的立体图；
附图2为附图1中A处局部放大图；
附图3为本发明的耦合仿生抗爆吸能板的主视图；
附图4为本发明的耦合仿生抗爆吸能板的侧视图；
附图5为本发明的耦合仿生抗爆吸能板的吸能晶胞的结构示意图(放大图，吸能晶胞只示意部分长度)；
附图6为本发明的耦合仿生抗爆吸能板的吸能晶胞的截面图(放大图)。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图1～图4所示，本发明的耦合仿生抗爆吸能板包括基板1、吸能晶胞2和填充物3。
基板1沿吸能板的厚度延伸方向设置有多层，每相邻两层基板1之间均设置有多个吸能晶胞2，吸能晶胞2沿基板1的长度或宽度方向延伸，填充物3填充在吸能晶胞2和相邻两层基板1之间所形成的空腔内，使基板1、吸能晶胞2和填充物3一起构成具有抗爆吸能功能的吸能板。本实施例中，每一层的基板1、吸能晶胞2和填充物3通过粘接粘合在一起。
如图5和图6所示，每个吸能晶胞2均包括第一轮廓线21和第二轮廓线22，每个吸能晶胞2均具有中心平面23，第一轮廓线21相对中心平面23对称设置，第二轮廓线22分别对称设置在中心平面23的相对两侧，吸能晶胞2还包括分别连接在两侧的第二轮廓线22和第一轮廓线21的端部之间的过渡曲线24，本实施例中，该过渡曲线24为过渡圆弧。
第一轮廓线21满足曲线方程y＝-0.021x2+0.113x+25.31，第二轮廓线22满足曲线方程y＝-2.315x2+3.722x+6.398。这样，该吸能晶胞2的轮廓类似于松塔结构，松塔具有张开的多鳞片结构，成熟的松塔从树上掉落下来，它的鳞片起到缓冲减震作用，而张开的鳞片结构构成松塔的椭球形结构，使得松塔能够快速的回弹吸收产生的能量。本发明将松塔的轮廓曲线应用于吸能晶胞2的设计中去，使得吸能晶胞2在受到冲击时，通过弹塑性变形来吸收***冲击带来的载荷，且缓冲吸能效果较好。
优选位于同一层的各吸能晶胞2的尺寸均相同，且位于同一层的各吸能晶胞2的中心平面23均相平行设置，位于同一层的各吸能晶胞2沿基板1长度或宽度延伸方向顺序间隔设置。
沿吸能板的厚度延伸方向，相邻两层的吸能晶胞2的中心平面23相垂直，间隔设置的吸能晶胞2的中心平面23相平行或重合。
沿吸能板的厚度延伸方向，中心平面23相平行或重合设置的各层吸能晶胞2的尺寸逐渐增大，优选中心平面23相平行或重合设置的各层吸能晶胞2的高度尺寸以2的指数倍增大。柚子的中果皮结构是一种具有密度渐变过程的结构，在孔径大小的变化过程中无明显分界线，属于一种连续过渡的形式，本申请中，沿吸能板的厚度延伸方向，中心平面23相平行或重合设置的各层吸能晶胞2的高度尺寸以2的指数倍增大的结构形式与柚子皮中的孔径增大的趋势相近，柚子是果实最大的柑橘类果实，柚子树能长到15m高，最重的柚子能有6kg。在自然条件下，柚子皮能保护饱含水分的柚子囊，从树上掉落而不损坏，柚子皮的缓冲性能可见一斑。本申请中，沿吸能板厚度延伸方向，中心平面23相平行或重合设置的各层吸能晶胞2的高度的梯度变化趋势是通过仿柚子的中果皮梯度变化得到，可以有效地符合***冲击的载荷历程曲线，从而有效降低***冲击的峰值载荷。
具体的，在本实施例中，沿吸能板的厚度延伸方向，吸能晶胞2共设置有六层，第一、三、五层的吸能晶胞2的中心平面23均沿吸能板2的长度方向延伸，第一、三、五层的吸能晶胞2的高度的比值为L1：L2：L3＝1：2：4，第二、四、六层的吸能晶胞2的中心平面23均沿吸能板2的宽度方向延伸，第二、四、六层的吸能晶胞2的高度的比值为L1’：L2’：L3’＝1：2：4，第一层吸能晶胞2的尺寸与第二层吸能晶胞2的尺寸相同，即L1＝L 1’，第三层吸能晶胞2的尺寸与第四层吸能晶胞2的尺寸相同，即L2＝L2’，第五层吸能晶胞2的尺寸与第六层吸能晶胞2的尺寸相同，即L3＝L3’。
基板1的材料可选用钢板、镁铝合金板或碳纤维板，填充物3的材料可采用泡沫填充物，如泡沫铝、聚酯泡沫等，吸能晶胞2的材料可采用弹性的弹簧钢等弹性金属材料。
综上所述，该吸能板的吸能晶胞2的截面轮廓来源于松塔的外形结构，其近似呈现半球形，可以起到很好的缓冲吸能作用；吸能晶胞2之间的变形后段可以通过相互作用为吸能板提供更好的强度支撑；尺寸梯度变化的吸能晶胞2及填充物3的填充密度，可以有效的符合***冲击的载荷历程曲线，从而有效降低***冲击的峰值载荷；而且基板1、吸能晶胞2和填充物3的材料属性及尺寸可根据实际需要有多种选择，根据实际需要而调整以适应需求，应用范围更为广泛。整个吸能板形成多层组合式吸能结构，由外部一级吸能结构来吸收***冲击的较大部分冲击，进而在之后的多级晶胞结构中进一步吸收剩余的冲击能量。
该吸能板可应用于人体防护装置或汽车部件上，以吸收***或撞击所产生的冲击效应，从而确保被保护的车辆、车内设备以及乘员的安全。当吸能板应用于人体防护装置或汽车部件上时，吸能板厚度方向上的两端分别朝向人体防护装置或汽车部件的内侧和外侧，从内侧到外侧，中心平面相平行或重合设置的各层吸能晶胞2的尺寸逐渐增大，优选呈2的指数倍增大。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种耦合仿生抗爆吸能板，包括多层基板，多层所述基板沿所述吸能板的厚度方向顺序间隔设置，其特征在于：所述吸能板还包括设置在每相邻两层所述基板之间的多个吸能晶胞以及填充在所述吸能晶胞和相邻两层所述基板之间所形成的空腔内的填充物，每个所述吸能晶胞均包括第一轮廓线和第二轮廓线，每个所述吸能晶胞均具有中心平面，所述第一轮廓线相对所述中心平面对称设置，所述第二轮廓线分别对称设置在所述中心平面的相对两侧，所述吸能晶胞还包括分别连接在两侧的所述第二轮廓线和所述第一轮廓线的端部之间的过渡曲线，所述第一轮廓线满足曲线方程y＝-0.021x2+0.113x+25.31，所述第二轮廓线满足曲线方程y＝-2.315x2+3.722x+6.398。
2.根据权利要求1所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：位于同一层的各所述吸能晶胞的结构尺寸均相同，且位于同一层的各所述吸能晶胞的所述中心平面相平行设置。
3.根据权利要求2所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：沿所述吸能板的厚度延伸方向，相邻两层的所述吸能晶胞的所述中心平面相垂直，间隔设置的所述吸能晶胞的所述中心平面相平行或重合。
4.根据权利要求3所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：沿所述吸能板的厚度延伸方向，所述中心平面相平行或重合设置的各层所述吸能晶胞的尺寸逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：沿所述吸能板的厚度延伸方向，所述中心平面相平行或重合设置的各层所述吸能晶胞的高度尺寸以2的指数倍增大。
6.根据权利要求1所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：所述基板的材料为钢板、镁铝合金板或碳纤维板。
7.根据权利要求1所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：所述填充物采用泡沫填充物。
8.根据权利要求1所述的耦合仿生抗爆吸能板，其特征在于：所述吸能晶胞采用弹性金属材料。
9.一种人体防护装置或汽车部件，其特征在于：具有如权利要求1～8中任一项所述的吸能板。
10.权利要求9所述的人体防护装置或汽车部件，其特征在于：位于同一层的各所述吸能晶胞的结构尺寸均相同，且位于同一层的各所述吸能晶胞的所述中心平面相平行设置，从所述吸能板的内侧到外侧，所述中心平面相平行或重合设置的各层所述吸能晶胞的尺寸逐渐增大。
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