RU2274784C1 - Shock-absorbing device - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: shock-absorbing device comprises housing made of a closed chamber filled with deformable members. The deformable members are made of hollow unclosed members whose strength is less or equal to that of the housing and glass hollow microscopic spheres. The inner spaces of the closed chamber and hollow members are filler with the glass hollow microscopic spheres.

EFFECT: enhanced efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для поглощения кинетической энергии при интенсивном динамическом нагружении конструкции. Может быть использовано в различных областях техники для снижения до безопасных величин уровня динамического воздействия, а также для обеспечения конструктивной целостности защищаемого объекта при ударных воздействиях, в том числе высокоскоростных (до 100 м/с), например при перевозках автомобильным, железнодорожным, авиационным видами транспорта, при десантировании грузов, в конструкциях мобильных систем (ударостойких контейнеров и упаковок), в строительстве защитных сооружений и т.д.The invention relates to devices designed to absorb kinetic energy during intensive dynamic loading of a structure. It can be used in various fields of technology to reduce the level of dynamic impact to safe values, as well as to ensure the structural integrity of the protected object during impacts, including high-speed (up to 100 m / s), for example, when transported by road, rail, air during cargo landing, in the construction of mobile systems (shockproof containers and packaging), in the construction of protective structures, etc.

Существующие конструкции энергопоглощающих устройств обеспечивают сохранность защищаемого объекта при аварийных ситуациях со скоростями воздействия до 10...15 м/с. Перегрузки, действующие на элементы конструкции упакованного груза при высокоинтенсивных аварийных нагружениях, например в случаях лобового столкновения автомобильного и железнодорожного транспорта или в авиационных катастрофах, превышают предельно допустимые нормы безопасности. Высокие уровни воздействия требуют создания защитных устройств, более эффективно преобразующих энергию удара во внутреннюю энергию деформации.Existing designs of energy-absorbing devices ensure the safety of the protected object in emergency situations with impact speeds up to 10 ... 15 m / s. Overloads acting on structural elements of packaged cargo during high-intensity emergency loads, for example, in cases of head-on collision of automobile and railway transport or in aircraft accidents, exceed the maximum permissible safety standards. High levels of exposure require the creation of protective devices that more efficiently convert impact energy into internal deformation energy.

В качестве аналога принят амортизатор, описанный в авторском свидетельстве СССР №194477 от 30.03.67 г. [1]. Рассматриваемый амортизатор представляет собой тонкостенную сферическую оболочку с наполнителем. С целью повышения энергоемкости и получения высокого гистерезиса оболочка выполнена из пластичного металлического сплава, например АМг6, а наполнитель - из жесткого пористого материала, например пенопласта.The shock absorber described in the USSR author's certificate No. 194477 dated 03.30.67 [1] was adopted as an analog. The shock absorber in question is a thin-walled spherical shell with a filler. In order to increase energy intensity and to obtain high hysteresis, the shell is made of a ductile metal alloy, for example, AMg6, and the filler is made of hard porous material, for example, foam.

К недостаткам аналога следует отнести относительно низкую удельную энергоемкость, обусловленную послойным характером деформирования амортизатора и наполнителя, что не обеспечивает эффективной защиты объекта при высокоскоростных динамических воздействиях.The disadvantages of the analogue include a relatively low specific energy consumption, due to the layered nature of the deformation of the shock absorber and filler, which does not provide effective protection of the object under high-speed dynamic effects.

В качестве прототипа принят предохранительный буфер для транспортного средства, описанный в заявке Великобритании №2286160 от 04.02.94 г. [2]. Предохранительный буфер, предназначенный для установки в задней части транспортного средства, содержит большое число алюминиевых банок из-под напитков, которые размещены внутри корпуса, армированного лентами, удерживающими корпус от перемещения наружу даже при столкновении. Банки могут быть размещены различными способами, например с расположением их осей параллельно направлению движения, поперек направления движения, комбинированным способом или хаотично. Могут быть использованы банки различных размеров, которые могут быть смяты перед использованием. Банки могут быть упакованы в полиэтиленовую пленку или залиты вспененным материалом.As a prototype adopted safety buffer for a vehicle, described in the application of the UK No. 2286160 from 02/04/94, [2]. The safety buffer, designed for installation at the rear of the vehicle, contains a large number of aluminum beverage cans that are housed inside a case reinforced with tapes that keep the case from moving outward even in a collision. Banks can be placed in various ways, for example, with the location of their axes parallel to the direction of movement, across the direction of movement, in a combined way or randomly. Cans of various sizes may be used, which may be wrinkled before use. Cans can be packed in plastic wrap or filled with foam.

Недостатками данной конструкции являются:The disadvantages of this design are:

- низкая удельная энергоемкость системы алюминиевых банок вследствие того, что при динамическом воздействии первоначально деформируются банки, прилегающие к месту приложения удара, и лишь затем последовательно остальные банки;- low specific energy consumption of the system of aluminum cans due to the fact that under dynamic action, the banks adjacent to the point of impact are initially deformed, and only then the remaining banks are sequentially;

- громоздкость конструкции.- bulkiness of the structure.

Задачей настоящего изобретения является повышение удельной энергоемкости энергопоглощающего устройства с целью снижения динамических нагрузок, в том числе и высокоскоростных (до 100 м/с), на охраняемый объект до безопасных величин при уровнях воздействий, значительно превышающих уровни, определенные требованиями МАГАТЭ.The objective of the present invention is to increase the specific energy consumption of an energy-absorbing device in order to reduce dynamic loads, including high-speed (up to 100 m / s), on a guarded object to safe values at exposure levels significantly exceeding the levels determined by the IAEA requirements.

Технический результат выражается в повышении удельной энергоемкости энергопоглощающего устройства за счет более рационального преобразования кинетической энергии внешнего воздействия в энергию совместного деформирования максимального объема оболочки и наполнителя, а также воздействия наполнителя как несжимаемой жидкости на оболочку наружного корпуса, вызывающего ее растяжение.The technical result is expressed in increasing the specific energy consumption of the energy absorbing device due to a more rational conversion of the kinetic energy of the external action into the energy of joint deformation of the maximum volume of the shell and filler, as well as the effect of the filler as an incompressible fluid on the shell of the outer casing, causing it to stretch.

Технический результат достигается тем, что энергопоглощающее устройство содержит корпус в виде замкнутой камеры, заполненный деформируемой композицией, которая представляет собой сыпучую совокупность пустотелых незамкнутых элементов, изготовленных из материала, имеющего прочность меньшую или равную прочности материала корпуса и стеклянных полых микросфер. При этом внутренние объемы замкнутой камеры и пустотелых элементов заполнены стеклянными полыми микросферами.The technical result is achieved by the fact that the energy-absorbing device comprises a housing in the form of a closed chamber filled with a deformable composition, which is a loose aggregate of hollow open elements made of a material having a strength less than or equal to the strength of the material of the body and glass hollow microspheres. In this case, the internal volumes of the closed chamber and hollow elements are filled with glass hollow microspheres.

Выполнение деформируемой композиции в виде совокупности пустотелых незамкнутых элементов и стеклянных полых микросфер позволяет использовать эффект совместного объемного деформирования внешней оболочки, пустотелых незамкнутых элементов и стеклянных полых микросфер, при этом в процесс поглощения энергии вовлекается больший объем стеклянных полых микросфер, чем без использования пустотелых незамкнутых элементов, кроме того, при перетекании стеклянных полых микросфер, ведущих себя как псевдожидкость, дополнительно возникают силы трения и силы, воздействующие на оболочку наружного корпуса. Все вышеперечисленные физические эффекты позволяют увеличить удельную энергоемкость предлагаемой конструкции. Выполнение пустотелых незамкнутых элементов из материала, имеющего прочность меньшую или равную прочности материала корпуса, позволяет более рационально перераспределить нагрузку по всему объему и сохранить целостность конструкции оболочки наружного корпуса.The implementation of a deformable composition in the form of a combination of hollow open elements and glass hollow microspheres allows the use of the effect of joint volumetric deformation of the outer shell, hollow open elements and glass hollow microspheres, while a larger volume of glass hollow microspheres is involved in the energy absorption process than without using hollow open open elements, in addition, when overflowing glass hollow microspheres behaving like a pseudo-fluid, additional forces t eniya and the forces acting on the shell of the outer housing. All of the above physical effects can increase the specific energy consumption of the proposed design. The implementation of the hollow open elements of a material having a strength less than or equal to the strength of the material of the housing, allows you to more rationally redistribute the load throughout the volume and maintain the structural integrity of the shell of the outer shell.

В качестве примера конкретного исполнения энергопоглощающего устройства рассмотрим следующую конструкцию.As an example of a specific implementation of the energy-absorbing device, we consider the following design.

На чертеже изображен продольный разрез энергопоглощающего устройства, где:The drawing shows a longitudinal section of an energy-absorbing device, where:

1. Корпус устройства.1. The housing of the device.

2. Пустотелые элементы.2. Hollow elements.

3. Полые стеклянные микросферы.3. Hollow glass microspheres.

В представленной конструкции корпус 1 выполнен в виде замкнутой камеры из пластичного материала, например алюминиевого сплава АМг6.In the presented design, the housing 1 is made in the form of a closed chamber of plastic material, for example, aluminum alloy AMg6.

Наполнитель представляет собой пустотелые незамкнутые элементы 2 (полые мелко нарезанные трубки малого диаметра), изготовленные также из пластичного материала с прочностью не больше прочности материала корпуса, например из того же сплава АМг6. Кроме этого, все внутренние объемы пустотелых незамкнутых элементов 2 наполнителя и замкнутой оболочки корпуса 1 заполнены полыми стеклянными микросферами 3.The filler is a hollow open elements 2 (hollow finely cut tubes of small diameter), also made of plastic material with a strength not greater than the strength of the material of the body, for example from the same alloy AMg6. In addition, all the internal volumes of the hollow open elements 2 of the filler and the closed shell of the housing 1 are filled with hollow glass microspheres 3.

Принцип действия энергопоглощающего устройства основан на эффективном преобразовании кинетической энергии воздействия (столкновения или удара) во внутреннюю энергию деформирования максимального объема элементов устройства.The principle of operation of an energy-absorbing device is based on the effective conversion of the kinetic energy of the impact (collision or impact) into the internal energy of deformation of the maximum volume of the elements of the device.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Под действием ударной нагрузки первоначально происходит упругопластическая деформация корпуса 1 устройства, которая гасит часть кинетической энергии удара. Затем в процесс деформирования включаются хаотично расположенные в замкнутой оболочке незамкнутые полые элементы 2 (трубки малого диаметра из пластичного материала). В результате деформации и разрушения трубочек и занимающих все свободные полости трубочек и оболочки стеклянных полых микросфер 3 происходит объемное поглощение энергии. Одновременно с разрушением полые микросферы перетекают подобно несжимаемой жидкости, оказывая давление на замкнутую оболочку, что также увеличивает эффективность энергопоглощения устройства в целом. Таким образом, заявляемый технический результат достигается за счет рационального использования, помимо энергии деформации и разрушения самого наполнителя, эффекта воздействия наполнителя как несжимаемой псевдожидкости на оболочку энергопоглощающего элемента и дополнительного поглощения кинетической энергии за счет сил трения и растяжения этой оболочки, что позволяет существенно повысить удельную энергоемкость устройства. Выполнение пустотелых незамкнутых элементов из материала, имеющего прочность меньшую или равную прочности материала корпуса, позволяет более рационально перераспределить нагрузку по всему объему и сохранить целостность конструкции оболочки наружного корпуса.Under the action of the shock load, elastoplastic deformation of the device body 1 initially occurs, which absorbs part of the kinetic energy of the impact. Then, open hollow elements 2 (small-diameter tubes made of plastic material) randomly located in a closed shell are included in the deformation process. As a result of deformation and destruction of the tubules and occupying all the free cavities of the tubules and the shell of the glass hollow microspheres 3, volumetric energy absorption occurs. Simultaneously with the destruction of the hollow microspheres flow like an incompressible fluid, exerting pressure on the closed shell, which also increases the energy absorption efficiency of the device as a whole. Thus, the claimed technical result is achieved due to the rational use, in addition to the energy of deformation and fracture of the filler itself, the effect of the filler as an incompressible pseudo-fluid on the shell of the energy-absorbing element and additional absorption of kinetic energy due to friction and tension of this shell, which can significantly increase the specific energy consumption devices. The implementation of the hollow open elements of a material having a strength less than or equal to the strength of the material of the housing, allows you to more rationally redistribute the load throughout the volume and maintain the structural integrity of the shell of the outer shell.

Конструкция отличается высокой способностью поглощения удара, является технологичной, простой в изготовлении, удобной при установке и эксплуатации, в результате чего может быть использована в переносных (мобильных) установках.The design is characterized by high shock absorption ability, is technological, easy to manufacture, convenient to install and operate, as a result of which it can be used in portable (mobile) installations.

Были изготовлены опытные образцы энергопоглощающего устройства, которые опробовались в реальных процессах, связанных с динамическим нагружением охраняемого груза, что подтвердило эффективность заявляемого решения.Prototypes of the energy-absorbing device were made, which were tested in real processes associated with the dynamic loading of the protected cargo, which confirmed the effectiveness of the proposed solution.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №194477 от 08.12.65. «Амортизатор», МПК F 06 F, опубл. 30.03.67, авторы Х.С. Блейх, В.А. Новиков, В.К. Шаврин.1. USSR author's certificate No. 194477 of 08/08/65. "Shock absorber", IPC F 06 F, publ. 03/30/67, authors H.S. Bleich, V.A. Novikov, V.K. Shavrin.

2. Патент Великобритании №2286160 от 04.02.94 «Предохранительный буфер для транспортного средства», МПК B 60 R 19/00, опубл. 09.08.95, автор - Myers Frank.2. UK patent No. 2286160 dated 04.02.94 "Safety buffer for a vehicle", IPC B 60 R 19/00, publ. 08.09.95, author - Myers Frank.

Claims (1)

Энергопоглощающее устройство, содержащее корпус, выполненный в виде замкнутой камеры, заполненной деформируемыми элементами, отличающееся тем, что деформируемые элементы представлены в виде совокупности пустотелых незамкнутых элементов из материала, имеющего прочность меньшую или равную прочности материала корпуса, и стеклянных полых микросфер, при этом внутренние объемы замкнутой камеры и пустотелых элементов заполнены стеклянными полыми микросферами.An energy-absorbing device comprising a body made in the form of a closed chamber filled with deformable elements, characterized in that the deformable elements are represented as a combination of hollow open elements made of a material having a strength less than or equal to the strength of the material of the body, and glass hollow microspheres, while the internal volumes closed chamber and hollow elements filled with glass hollow microspheres.