專利名稱：能量吸收結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能量吸收技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種能量吸收結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
能量吸收結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒋蟛糠州斎雱幽芡ㄟ^塑性變形或者其他轉(zhuǎn)化過程耗散，避免
因為彈性回彈而對被保護物品產(chǎn)生沖擊損害，對被保護的物品起到防護作用，因此其被廣
泛的應(yīng)用于化工、建筑、交通等領(lǐng)域。通常要求能量吸收結(jié)構(gòu)具有較小的初始應(yīng)力峰值，較
大的平臺應(yīng)力值。這樣在沖擊初始時能量吸收結(jié)構(gòu)能有效吸收能量，避免被保護物體受到
較大沖擊，同時在沖擊變形過程中，能量吸收結(jié)構(gòu)能快速、穩(wěn)定的吸收能量。
目前，能量吸收結(jié)構(gòu)普遍采用多胞蜂窩結(jié)構(gòu)。此類多胞蜂窩結(jié)構(gòu)中的胞元的橫剖
面的孔徑大小是均勻的。對于均勻小孔徑多胞蜂窩結(jié)構(gòu)，其在沖擊初始時初始應(yīng)力峰值較
大，這種結(jié)構(gòu)不能有效吸收沖擊初始的能量，不能對被防護物起到有效的沖擊防護作用。而
對于均勻大孔徑多胞蜂窩結(jié)構(gòu)，雖然其在沖擊初始時初始應(yīng)力峰值較小，但其平臺應(yīng)力值
較小，在沖擊變形過程中，這種結(jié)構(gòu)的能量吸收效率低，同樣不能對被防護物起到有效的沖
擊防護作用。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種能量吸收結(jié)構(gòu)，具有較小的初始
應(yīng)力峰值和較大的平臺應(yīng)力值，能充分吸收能量，對沖擊起到有效的防護作用。 本實用新型提供的能量吸收結(jié)構(gòu)，由中空的胞元構(gòu)成，具有至少2個胞元塊，所述
胞元塊包含由大小相同的胞元構(gòu)成的至少一個胞元層，其特征在于，不同胞元塊的胞元的
大小不同，所述胞元塊根據(jù)胞元的大小逐漸增大或減小排列。 由上可知，上述能量吸收結(jié)構(gòu)的各胞元塊分別具有不同的能量吸收特點，使得該
能量吸收結(jié)構(gòu)具有較小的初始應(yīng)力峰值和較大的平臺應(yīng)力值，能充分吸收能量，對沖擊起
到有效的防護作用。 其中，所述胞元為圓柱形。 由上可知，胞元為圓柱形的能量吸收結(jié)構(gòu)的相對密度較大，相應(yīng)的平臺應(yīng)力值較 大，因此能充分吸收能量，對沖擊起到有效的防護作用。 其中，同一胞元塊內(nèi)相鄰胞元層的胞元的橫剖面的圓心對齊排列。 由上可知，同一胞元塊內(nèi)相鄰胞元層的胞元的橫剖面的圓心對齊排列的能量吸收
結(jié)構(gòu)的相對密度較小，相應(yīng)的平臺應(yīng)力值較小，可以根據(jù)沖擊情況進行選擇。 較佳的，同一胞元塊內(nèi)相鄰胞元層的胞元的橫剖面的圓心交錯排列。 由上可知，同一胞元塊內(nèi)相鄰胞元層的胞元圓心交錯排列的能量吸收結(jié)構(gòu)的相對
密度較大，相應(yīng)的平臺應(yīng)力值較大，因此能充分吸收能量，對沖擊起到有效的防護作用。 其中，不同胞元塊的胞元的橫剖面的孔徑大小符合公式1 = R。(l+aY);其中， R。為位于沖擊端的胞元塊的胞元的橫剖面的孔徑大小，a為梯度系數(shù)，Y為當前
3胞元塊靠近沖擊端的胞元的橫剖面的圓心到所述沖擊端的距離。 由上可知，由于胞元的橫剖面的孔徑大小沿沖擊方向呈線性梯度變化，胞元的橫 剖面的孔徑大小不同，這樣的胞元構(gòu)成的能量吸收結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮胞元的能量吸收作用， 對沖擊起到更有效的防護作用。 較佳的，不同胞元塊的胞元的材質(zhì)不相同。 由上可知，平臺應(yīng)力值與胞元塊的胞元的材質(zhì)的相對密度有關(guān)，胞元的材質(zhì)的相
對密度越大，平臺應(yīng)力值越大，通過調(diào)整胞元塊的胞元的材質(zhì)可調(diào)整該胞元塊的平臺應(yīng)力
值，使該胞元塊具有更好的能量吸收作用。 較佳的，不同胞元塊的胞元的壁厚不相同。 由上可知，平臺應(yīng)力值與胞元的壁厚有關(guān)，胞元的壁越厚，平臺應(yīng)力的值越大，通 過調(diào)整胞元塊的胞元的壁厚，可調(diào)整該胞元塊的平臺應(yīng)力值，使該胞元塊具有更好的能量 吸收作用。

圖1為本實用新型提供的能量 圖2為本實用新型提供的能量 圖3為本實用新型提供的能量 圖4為本實用新型提供的能量
吸收結(jié)構(gòu)的第一實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖; 吸收結(jié)構(gòu)的第二實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖; 吸收結(jié)構(gòu)的第三實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖; 吸收結(jié)構(gòu)的第四實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式本實施例中的能量吸收結(jié)構(gòu)具有由中空的圓柱形的胞元構(gòu)成的多胞蜂窩結(jié)構(gòu)，如 圖l所示，該能量吸收結(jié)構(gòu)包括3個胞元塊，各胞元塊之間的胞元的大小不相同，每個胞元 塊包括5層由大小相同的胞元構(gòu)成的胞元層。胞元的橫剖面呈圓形，各胞元呈六邊形規(guī)則 排列，即同一胞元塊中上下相鄰的胞元的橫剖面的圓心交錯排列。 不同胞元塊的胞元的橫剖面的孔徑沿沖擊方向依公式R = R。(l+a Y)呈線性梯度 變化，其中，R。為位于沖擊端的胞元塊的胞元的橫剖面的孔徑大小，a為梯度系數(shù)，Y為當 前胞元塊靠近沖擊端胞元的橫剖面的圓心到?jīng)_擊端的距離，本例中梯度系數(shù)a <0，位于 沖擊端的胞元塊的胞元的橫剖面的孔徑最大，遠離沖擊端方向的胞元塊的胞元的孔徑逐漸 減小。 初始應(yīng)力峰值由位于沖擊端的胞元塊的胞元的動力響應(yīng)確定，胞元的橫剖面的孔 徑越大，初始應(yīng)力峰值和平臺應(yīng)力值都相應(yīng)的越小。胞元的橫剖面的孔徑越小，初始應(yīng)力峰 值和平臺應(yīng)力值也相應(yīng)的越大。因位于沖擊端的胞元的橫剖面的孔徑大，所以初始應(yīng)力峰 值小。由于胞元層的胞元的橫剖面的孔徑沿遠離沖擊端的方向逐漸減小，平臺應(yīng)力值逐漸 增加，與均勻大孔徑多胞蜂窩結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)吸收能量的能力逐漸增加。這種蜂窩結(jié)構(gòu)主 要通過胞元的后程壓縮吸收能量，沖擊的能量主要耗散在平臺應(yīng)力區(qū)。 因為多胞蜂窩結(jié)構(gòu)按胞元的橫剖面的孔徑大小分為3個胞元塊，相應(yīng)的，平臺應(yīng) 力區(qū)分為3個平臺應(yīng)力階段。每個平臺應(yīng)力階段的平臺應(yīng)力值由該平臺應(yīng)力階段對應(yīng)的胞 元塊的胞元的材質(zhì)的相對密度、該材質(zhì)的相對厚度即胞元的壁厚和胞元的橫剖面的孔徑的 大小決定。胞元的材質(zhì)的相對密度越大，平臺應(yīng)力值越大；胞元的壁越厚，平臺應(yīng)力的值越大；胞元的橫剖面的孔徑越小，平臺應(yīng)力值也越大。通過調(diào)整胞元層的胞元的材質(zhì)、胞元的
壁厚和胞元的橫剖面的孔徑的大小，可以調(diào)整該胞元層的平臺應(yīng)力值的大小。 圖2為本實用新型提供的能量吸收結(jié)構(gòu)的第二實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖
所示，此實施例與第一實施例相似，區(qū)別在于，各胞元呈正方形規(guī)則排列，即上下相鄰的胞
元的橫剖面的圓心對齊排列。 圖3為本實用新型提供的能量吸收結(jié)構(gòu)的第三實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 所示，本實施例與第一實施例相似，只是在本例中梯度系數(shù)a >0，位于沖擊端的胞元塊的 胞元孔徑最小，遠離沖擊端方向的胞元塊的胞元的孔徑逐漸增大。初始峰值應(yīng)力由位于沖 擊端的胞元塊的胞元的動力響應(yīng)確定，因位于沖擊端的胞元的橫剖面的孔徑小，所以平臺 應(yīng)力值大，能快速、穩(wěn)定的吸收能量。雖然初始應(yīng)力峰值大，但因遠離沖擊端方向的胞元塊 的胞元的橫剖面的孔徑逐漸增大，初始應(yīng)力峰相應(yīng)的減小，有利于吸收沖擊初始的能量。與 均勻小孔徑多胞蜂窩結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)能迅速降低初始應(yīng)力峰值，這種蜂窩結(jié)構(gòu)主要通過 胞元的前程壓縮來吸收能量。 圖4為本實用新型提供的能量吸收結(jié)構(gòu)的第四實施例橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 所示，此實施例與第三實施例相似，區(qū)別在于，該實施例中的各胞元呈正方形規(guī)則排列(即 上下相鄰的胞元的橫剖面的圓心對齊排列)，與各胞元呈六邊形規(guī)則排列(即上下相鄰的 胞元的橫剖面的圓心交錯排列)相比，該結(jié)構(gòu)的相對密度較小，相應(yīng)的平臺應(yīng)力值較小。 胞元的橫剖面的孔徑沿沖擊方向也可以不呈線性梯度變化，只要整體上是呈現(xiàn)增 加或者減小的變化趨勢即可，即梯度系數(shù)a的值可以是不固定的。與a的值是固定的結(jié) 構(gòu)類似，該結(jié)構(gòu)有相類似的性質(zhì)及其優(yōu)點。 蜂窩結(jié)構(gòu)可按實際使用的要求調(diào)整，按胞元的橫剖面的孔徑大小分為多個胞元 塊，而不僅僅分為3個胞元塊，各胞元塊的胞元層可以相同也可以不同。各胞元塊的胞元的 材質(zhì)可以相同也可以不同，同樣的，各胞元塊的胞元的壁厚可以相同也可以不同。各個胞元 之間的縫隙可以進行相同材料的填充。 構(gòu)成多胞蜂窩結(jié)構(gòu)的胞元不限于規(guī)則的圓柱形，也可以是六邊棱柱形、圓球形或 橢圓柱形等近圓柱形。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種能量吸收結(jié)構(gòu)，由中空的胞元構(gòu)成，具有至少2個胞元塊，所述胞元塊包含由大小相同的胞元構(gòu)成的至少一個胞元層，其特征在于，不同胞元塊的胞元的大小不同，所述胞元塊根據(jù)胞元的大小逐漸增大或減小排列。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述胞元為圓柱形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收結(jié)構(gòu)，其特征在于，同一胞元塊內(nèi)相鄰胞元層的胞 元的橫剖面的圓心對齊排列。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收結(jié)構(gòu)，其特征在于，同一胞元塊內(nèi)相鄰胞元層的胞 元的橫剖面的圓心交錯排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量吸收結(jié)構(gòu)，其特征在于，不同胞元塊的胞元的橫剖面的 孔徑大小符合公式R二R。(l+aY);其中， R。為位于沖擊端的胞元塊的胞元的橫剖面的孔徑大小，a為梯度系數(shù)，Y為當前胞元 塊靠近沖擊端的胞元的橫剖面的圓心到所述沖擊端的距離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量吸收結(jié)構(gòu)，其特征在于，不同胞元塊的胞元的材質(zhì)不相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量吸收結(jié)構(gòu)，其特征在于，不同胞元塊的胞元的壁厚不相同。
專利摘要本實用新型提供的能量吸收結(jié)構(gòu)，具有由胞元構(gòu)成的多胞蜂窩結(jié)構(gòu)，所述胞元的橫剖面呈圓形，其特征在于，所述胞元的橫剖面的孔徑大小不相同，所述胞元的橫剖面的孔徑大小沿沖擊方向呈增大或減小的變化。本實用新型提供的能量吸收結(jié)構(gòu)具有較小的初始應(yīng)力峰值和較大的平臺應(yīng)力值，能充分吸收能量，對沖擊起到有效的防護作用。
文檔編號F16F7/12GK201526634SQ200920270168
公開日2010年7月14日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者兌關(guān)鎖, 劉穎, 張新春, 陳紹婷 申請人:劉穎