CN114857193A - 一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能*** - Google Patents

一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其由若干个卡槽式薄壁管分结构排列组成，每个卡槽式薄壁管分结构包括方管，该方管的两个对边上分别设有凸起圆弧管和凹型圆弧管，凸起圆弧管和凹型圆弧管的圆弧圆心角均大于180°，卡槽式薄壁管分结构整体呈现出关于水平直线对称的特征，若干个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成多排多列组合结构，其中上一排的卡槽式薄壁管分结构的凸起圆弧管与下一排相邻卡槽式薄壁管分结构的凹型圆弧管套接配合。在冲击过程中该吸能***可实现自锁定，即无需施加边界约束或紧固件，从而省去了强度要求高的挡板或紧固件，有较强的经济性。

Description

一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***
技术领域
本发明涉及抗冲击吸能装置技术领域，尤其涉及一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***。
背景技术
近年来，随着飞机、车辆和船舶等交通运输工具的迅速发展，碰撞、冲击、***等事故会导致结构在强冲击载荷的作用下发生破坏，造成严重的生命和财产损失，因此如何根据结构的受载特征以及受冲击后的整体性能，提出合理的设计方案及制定固定的或临时安装的有效防护措施，设计性能优异的抗冲击吸能装置，已成为结构安全防护中的热门课题。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其特征在于：其由若干个卡槽式薄壁管分结构排列组成，每个卡槽式薄壁管分结构包括方管，该方管的两个对边上分别设有凸起圆弧管和凹型圆弧管，凸起圆弧管和凹型圆弧管的圆弧圆心角均大于180°，卡槽式薄壁管分结构整体呈现出关于水平直线对称的特征，若干个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成多排多列组合结构，其中上一排的卡槽式薄壁管分结构的凸起圆弧管与下一排相邻卡槽式薄壁管分结构的凹型圆弧管套接配合。
进一步地，所述凸起圆弧管和凹型圆弧管的半径均为R，凸起圆弧管和凹型圆弧管的圆弧的弦心距均为x，x与R满足x<R。
进一步地，所述卡槽式薄壁管分结构的轴向总长度为W，W与R满足W≥4R。
进一步地，所述卡槽式薄壁管分结构的壁厚为t，t与R满足R/t>5。
本发明采用以上技术方案，具有以下有益技术效果：
1、在冲击过程中该吸能***可实现自锁定，即无需施加边界约束或紧固件，从而省去了强度要求高的挡板或紧固件，有较强的经济性；
2、该结构易于拆装，组装过程中各个分结构之间无需定位装置，安装无技术难度，耗时少，降低人工成本，可满足紧急情况的抗冲击需求；
3、该吸能装置由多个薄壁管分结构组成，可根据冲击能量大小及场地等实际情况要求，增加（或减少）薄壁管分结构的个数，随时调整自锁吸能装置的规模，具有很好的灵活性和可编辑性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***整体结构的立体图；
图2为卡槽式薄壁管分结构的立体示意图；
图3为卡槽式薄壁管分结构的正视图；
图4为吸能***侧向承载变形前的示意图；
图5为吸能***侧向承载变形后的示意图；
图6为吸能***侧向承载能量-位移曲线图；
图7为吸能***纵向承载变形前的示意图；
图8为吸能***纵向承载变形后的示意图；
图9为吸能***纵向承载能量-位移曲线图；
图10为吸能***轴向承载变形前的示意图；
图11为吸能***轴向承载变形后的示意图；
图12为吸能***轴向承载能量-位移曲线图。
具体实施方式
请参照图1-4，本发明一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其由若干个卡槽式薄壁管分结构1排列组成，每个卡槽式薄壁管分结构1包括方管11，该方管11的两个对边上分别设有凸起圆弧管12和凹型圆弧管13，凸起圆弧管12和凹型圆弧管13的圆弧圆心角均大于180°，卡槽式薄壁管分结构1整体呈现出关于水平直线对称的特征，若干个卡槽式薄壁管分结构1交错排列组成多排多列组合结构，其中上一排卡槽式薄壁管分结构1的凸起圆弧管12与相邻下一排卡槽式薄壁管分结构1的凹型圆弧管13套接配合。卡槽式薄壁管分结构1之间的交错排列无需在外部安装约束装置或在内部加工方式或其他连接装置，即可排列组成吸能***。相邻两排、两列结构在冲击过程中能够达到自锁的效果；每层放置卡槽式薄壁管的个数和层数可根据冲击物能量和场地实际情况灵活调节。
进一步的，凸起圆弧管12和凹型圆弧管13的半径均为R，凸起圆弧管12和凹型圆弧管13的圆弧的弦心距均为x，x与R满足x<R；卡槽式薄壁管分结构1的轴向总长度为W，W与R满足W≥4R；卡槽式薄壁管分结构1的壁厚为t，t与R满足R/t>5。
实施例1：一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***侧向承载情况分析。通过仿真模拟计算所安装的相应的可三维自锁吸能***侧向承载的吸能效果。通过将28个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成5排的组合结构，每排个数从上往下分别为6、5、6、5、6。如图2-3所示，单个分结构参数如下：凸起圆弧管和凹型圆弧管的半径R=12 mm，弦心距x=5mm，壁厚t=2mm，两凹型圆弧管间距S=2mm，径向总宽度W=100mm，轴向总长度L=150mm。如图4所示，采用Ansys/LS-DYNA进行动态仿真模拟，设置冲击物时速为v=36km/h=10m/s，冲击物质量m=200kg，计算得冲击能量E=1/2mv 2=1/2×200×102J=1×104J。吸能***侧向承载变形后如图5所示，根据数值模拟得到力-位移曲线，积分可得到组合结构所吸收的能量，可参照附图6组合结构侧向承载的能量位移曲线，得知吸收最大能量为E max=99931J，吸收了总冲击能量的99.93%。如果采用传统圆管，在同样的边界条件约束下，圆管直接被冲散发生无规律飞溅，吸收能量的能力非常小，可忽略不计。
实施例2：一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***纵向承载情况分析。通过仿真模拟计算所安装的相应的可三维自锁吸能***纵向承载的吸能效果。通过将28个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成5排的组合结构，每排个数从上往下分别为6、5、6、5、6。如图2-3所示，单个分结构参数如下：凸起圆弧管和凹型圆弧管的半径R=12 mm，弦心距x=5mm，壁厚t=2mm，两凹型圆弧管间距S=2mm，径向总宽度W=100mm，轴向总长度L=150mm。如图7所示，采用Ansys/LS-DYNA进行动态仿真模拟，设置冲击物时速为v=36km/h=10m/s，冲击物质量m=200kg，计算得冲击能量E=1/2mv 2=1/2×200×102J=1×104J。吸能***纵向承载变形后如图8所示，根据数值模拟得到力-位移曲线，积分可得到组合结构所吸收的能量，可参照附图9组合结构纵向承载的能量位移曲线，得知吸收最大能量为E max=9996.5J，吸收了总冲击能量的99.97%。如果采用传统圆管，在同样的边界条件约束下，圆管直接被冲散发生无规律飞溅，吸收能量的能力非常小，可忽略不计。
实施例3：一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***轴向承载情况分析。通过仿真模拟计算所安装的相应的可三维自锁吸能***轴向承载的吸能效果。通过将28个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成5排的组合结构，每排个数从上往下分别为6、5、6、5、6。如图2-3所示，单个分结构参数如下：凸起圆弧管和凹型圆弧管的半径R=12 mm，弦心距x=5mm，壁厚t=2mm，两凹型圆弧管间距S=2mm，径向总宽度W=100mm，轴向总长度L=150mm。如图10所示，采用Ansys/LS-DYNA进行动态仿真模拟。设置冲击物时速为v=288km/h=80m/s，冲击物质量m=200kg，计算得冲击能量E=1/2mv 2=1/2×200×802J=6.4×105J。吸能***轴向承载变形后如图11所示，根据数值模拟得到力-位移曲线，积分可得到组合结构所吸收的能量，可参照附图12组合结构轴向承载的能量位移曲线，得知吸收最大能量为E max=6.3795×105J，吸收了总冲击能量的99.68%。如果采用传统圆管，在同样的边界条件约束下，圆管直接被冲散发生无规律飞溅，吸收能量的能力非常小，可忽略不计。
本发明设计了一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，该吸能***由若干个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成，每个卡槽式薄壁管分结构是由在方管的两个对边上加有凹凸的圆弧管组成。该吸能***结合了圆管、矩形管吸能的优点和优弧原理，实现了便于拆装（可编辑性）、可空间自锁的优点。
本发明创造性的将薄壁管的轮廓结构设计为卡槽式外轮廓，将对多个卡槽式分结构进行多排多列组装，该***在空间任意方向冲击过程中能够实现各个相邻卡槽式分结构之间的自锁定，克服了传统吸能***需要在外部安装约束装置或在内部加工连接装置的缺陷，大大降低了拆装的时间成本和人力物力成本，也解决了传统哑铃状自锁管吸能***只能应对特定单一方向冲击的不足，利用结构间的自锁效应将冲击能量转化为结构的弹性变形和塑性耗散，能够有效的吸收冲击能量。
上面结合附图对本发明的实施加以描述，但是本发明不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本发明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (4)

1.一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其特征在于：其由若干个卡槽式薄壁管分结构排列组成，每个卡槽式薄壁管分结构包括方管，该方管的两个对边上分别设有凸起圆弧管和凹型圆弧管，凸起圆弧管和凹型圆弧管的圆弧圆心角均大于180°，卡槽式薄壁管分结构整体呈现出关于水平直线对称的特征，若干个卡槽式薄壁管分结构交错排列组成多排多列组合结构，其中上一排的卡槽式薄壁管分结构的凸起圆弧管与下一排相邻卡槽式薄壁管分结构的凹型圆弧管套接配合。
2.根据权利要求1所述的一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其特征在于：所述凸起圆弧管和凹型圆弧管的半径均为R，凸起圆弧管和凹型圆弧管的圆弧的弦心距均为x，x与R满足x<R。
3.根据权利要求2所述的一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其特征在于：所述卡槽式薄壁管分结构的轴向总长度为W，W与R满足W≥4R。
4.根据权利要求2所述的一种易于拆装且三维自锁的卡槽式薄壁管吸能***，其特征在于：所述卡槽式薄壁管分结构的壁厚为t，t与R满足R/t>5。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006207726A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Sumitomo Metal Ind Ltd 衝撃吸収部材
CN102834641A (zh) * 2010-04-08 2012-12-19 杰富意钢铁株式会社 碰撞能量吸收结构体
CN103398122A (zh) * 2013-08-05 2013-11-20 北京航空航天大学 一种哑铃状薄壁管结构易组装自锁吸能装置
US20170307137A1 (en) * 2016-04-26 2017-10-26 Ford Global Technologies, Llc Cellular structures with twelve-cornered cells
CN207298352U (zh) * 2016-08-26 2018-05-01 福特环球技术公司 单元结构、结构部件、夹层结构及汽车
CN110145562A (zh) * 2019-06-25 2019-08-20 北京航空航天大学 一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能***
CN110263454A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 北京航空航天大学 一种多维度自锁的薄壁球串吸能***
CN110263455A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 北京航空航天大学 一种可多维自锁的风车状薄壁管结构易组装吸能***
CN215890931U (zh) * 2021-10-20 2022-02-22 西南石油大学 一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能***
CN114135626A (zh) * 2021-11-29 2022-03-04 中山大学 一种三维曲壁同相正多边形手性蜂窝

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006207726A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Sumitomo Metal Ind Ltd 衝撃吸収部材
CN102834641A (zh) * 2010-04-08 2012-12-19 杰富意钢铁株式会社 碰撞能量吸收结构体
CN103398122A (zh) * 2013-08-05 2013-11-20 北京航空航天大学 一种哑铃状薄壁管结构易组装自锁吸能装置
US20170307137A1 (en) * 2016-04-26 2017-10-26 Ford Global Technologies, Llc Cellular structures with twelve-cornered cells
CN207298352U (zh) * 2016-08-26 2018-05-01 福特环球技术公司 单元结构、结构部件、夹层结构及汽车
CN110145562A (zh) * 2019-06-25 2019-08-20 北京航空航天大学 一种竹节状薄壁管结构易组装多向自锁吸能***
CN110263454A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 北京航空航天大学 一种多维度自锁的薄壁球串吸能***
CN110263455A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 北京航空航天大学 一种可多维自锁的风车状薄壁管结构易组装吸能***
CN215890931U (zh) * 2021-10-20 2022-02-22 西南石油大学 一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能***
CN114135626A (zh) * 2021-11-29 2022-03-04 中山大学 一种三维曲壁同相正多边形手性蜂窝

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