本發(fā)明涉及一種緩沖吸能裝置，尤其涉及一種負泊松比特性的遞進組合型高效緩沖吸能裝置。

背景技術：

涉及材料與結構能量吸收的緩沖吸能裝置在多個領域有著重要應用，例如汽車前后防撞梁的緩沖吸能盒，電梯轎廂底部的緩沖吸能裝置和一些其他領域中使用的緩沖吸能防撞機構等。一些對于安全性要求高的工程裝備在加裝緩沖吸能裝置后其被動安全性得到了提高，減小了碰撞事故發(fā)生時的瞬時碰撞力，吸收了碰撞時產生的巨大能量，從而降低了裝備使用者的傷亡率，有效防止了二次傷害等。然而現(xiàn)有的大多數緩沖吸能裝置吸能形式單一，吸能效率低下，吸能效果差，材料利用率低，輕量化程度不高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了負泊松比特性的遞進組合型高效緩沖吸能裝置，其克服了背景技術中緩沖吸能裝置所存在的不足。

本發(fā)明解決其技術問題的所采用的技術方案是：

具有負泊松比特性的緩沖吸能裝置，包括：

一管體單元(10)，它包括兩內外套接的管體(11)和一設在該兩管體(11)之間的吸能材料部(12)；

兩支撐座(20)，該兩支撐座(20)分別固接在管體單元(10)兩端口；

一彈性體(30)，它設于管體單元(10)之位于內側的管體(11)內且兩端能分別頂抵作用在兩支撐座(20)；及

至少兩蜂窩材料單元(40)，該蜂窩材料單元(40)包括弧形板(41)和蜂窩材料部(42)，該弧形板(41)兩端分別固接在兩支撐座(20)且弧形開口朝外，該蜂窩材料部(42)固設在弧形板(41)背面和該管體單元(10)之位于外側的管體(11)外壁之間。

一實施例之中：該兩管體(11)都為圓管且同軸布置。

一實施例之中：該管體(11)、支撐座(20)的材料都選用鋁合金。

一實施例之中：該吸能材料部(12)選用泡沫材料，該泡沫材料固定在兩管體(11)之間。

一實施例之中：該泡沫材料選用鋁泡沫。

一實施例之中：還包括兩位于管體單元(10)之位于內側的管體(11)內的支撐管(31)，該兩支撐管(31)一端分別固接在兩支撐座(20)之相面向面，該支撐管(31)另一端固接有頂板(32)，該彈性體(30)兩端分別頂抵靠接在該兩頂板(32)。

一實施例之中：該蜂窩材料部(42)的蜂窩為多邊形蜂窩狀，該多邊形蜂窩狀中每邊之厚度由每邊中部至每邊端部逐漸增厚。

一實施例之中：該蜂窩材料單元(40)個數為至少三個，該至少三個蜂窩材料單元(40)陣列布置在管體單元(10)之外。

一實施例之中：該蜂窩材料單元(40)的蜂窩材料部(42)和該管體單元(10)之位于外側的管體(11)外壁吻合固接，該蜂窩材料部(42)和該弧形板(41)背面吻合固接。

一實施例之中：該弧形板(41)由矩形不銹鋼板通過卷軋制成，該蜂窩材料部(42)的蜂窩房孔垂直管體單元(10)的軸線。

本技術方案與背景技術相比，它具有如下優(yōu)點：

高效緩沖吸能裝置，能多方向多階段組合式吸收能量，能充分利用材料和空間，有效降低瞬時碰撞力，且吸能效率高。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是緩沖吸能裝置的立體結構示意圖。

圖2是緩沖吸能裝置的剖面示意圖。

圖3是緩沖吸能裝置的內部結構示意圖。

圖4是管體單元的立體結構示意圖。

圖5是蜂窩材料部的立體結構示意圖。

圖6是圖5的a處局部結構示意圖。

具體實施方式

請查閱圖1至圖6，具有負泊松比特性的緩沖吸能裝置，包括一管體單元10、兩支撐座20、一彈性體30和至少兩蜂窩材料單元40，該支撐座20如選用硬性板。本實施例裝置在使用時，最好使支撐座20垂直朝向碰撞來源，當該緩沖吸能裝置收到碰撞載荷時，該支撐座20可起到將載荷均勻分解于各吸能結構的作用。

該管體單元10包括兩內外套接的管體11和一設在該兩管體11之間的吸能材料部12；該兩支撐座20分別固接在管體單元10兩端口，如通過焊接方式實現(xiàn)固接。本實施例之中：該兩管體11都為圓管且同軸布置，該管體單元10軸線還垂直支撐座20的支撐面(兩支撐座20相面向面)；該管體11材料選用鋁合金，該吸能材料部12選用泡沫材料，如低密度鋁泡沫，該泡沫鋁如在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經過發(fā)泡工藝而成，它同時兼有金屬和氣泡特征。該泡沫材料固定在兩管體11之間，如通過粘結劑將泡沫材料膠接固定在兩管體之間，該粘結劑如環(huán)氧樹脂。本發(fā)明之中，采用上述類似三明治的結構將兩管體11和吸能材料部12組合起來，且管體11材料選用鋁合金，吸能材料部12選用泡沫材料，則除了充分發(fā)揮管體11的穩(wěn)定潰縮吸能效果和吸能材料部的高比吸能和輕量化之外，還通過兩者的交互作用使其在發(fā)生潰縮變形時能將兩者優(yōu)點結合起來的同時產生更加優(yōu)越能量吸收效果。

該彈性體30設于管體單元10之位于內側的管體11內且兩端能分別頂抵作用在兩支撐座20。本實施例之中，還包括兩位于管體單元10之位于內側的管體11內的支撐管31，該兩支撐管31一端分別固接在兩支撐座20之相面向面，該支撐管31另一端固接有頂板32，該彈性體30兩端分別頂抵靠接在該兩頂板32。具體結構之中：該頂板32以及支撐管31均由鋁合金材料制成；該彈性體30為彈簧，該頂板32末端面凹設有凹槽，該彈性體30末端通過過盈配合方式嵌入頂板32的凹槽實現(xiàn)連接；該支撐管31為空心圓管，該支撐管31通過焊接方式固定支撐座20和頂板32；該彈簧、空心圓管、管體單元10同軸布置，該頂板2呈圓形結構，且圓形和空心圓管同軸布置。該彈性體30、頂板32以及支撐管31構成的組件為該緩沖吸能裝置產生主要的遞進吸能效果，當該裝置受到碰撞裝載荷產生軸向潰縮變形時，彈性體30壓縮變形，軸向載荷開始加載，通過頂板32將載荷傳遞到支撐管31，當彈性體30壓縮位移足夠大，產生較大的彈性反作用力且超過支撐管31的彈性變形承載能力時，兩側的支撐管31將發(fā)生塑性潰縮變形進行能量吸收。該頂板32以及支撐管31均由鋁合金材料制成，更易產生穩(wěn)定的塑性變形，且不易產生撕裂失效，吸能效率高。

該蜂窩材料單元40包括弧形板41和蜂窩材料部42，該弧形板41兩端分別固接兩支撐座20之相面向面上且弧形開口朝外，該弧形板41之軸線位于對稱面(兩支撐座20相對該對稱面軸向對稱，且該對稱面垂直管體單元10)上；該蜂窩材料部42固設在弧形板41背面和該管體單元10之位于外側的管體11外壁之間。本實施例之中：該蜂窩材料單元40個數為至少三個，該至少三個蜂窩材料單元40陣列布置在管體單元10之外，圖中為4個；該弧形板41由矩形不銹鋼板通過卷軋制成，該弧形板兩端分別通過焊接方式固接在兩支撐座；該蜂窩材料部42的蜂窩為多邊形蜂窩狀，如正六邊形，該多邊形蜂窩狀中每邊之厚度由每邊中部至每邊端部(相鄰邊之連接處，即交角處)逐漸增厚，如圖中的t1至t2；該蜂窩材料部42的蜂窩房孔垂直管體單元10的軸線，如圖中蜂窩房孔43水平布置；該蜂窩材料部42和該管體單元10之位于外側的管體11外壁吻合固接，該蜂窩材料部42和該弧形板41背面吻合固接，該固接如通過粘結劑粘接實現(xiàn)，該粘結劑如環(huán)氧樹脂。具體結構中，該蜂窩材料部42之兩端面分別切割制成吻合管體單元之外壁及弧形板之背面的弧面，如通過電火花線切割制成。當該緩沖吸能裝置在承載碰撞力而發(fā)生潰縮變形時，弧形板將向內側產生彎曲變形，同時擠壓蜂窩材料部42，使蜂窩材料部42產生潰縮進行能量吸收，使得該緩沖吸能裝置在收到碰撞壓縮時產生整體收縮的負泊松比效果，減小了向外的空間入侵率，減小了對其它構件以及環(huán)境的影響，在充分發(fā)揮其緩沖吸能效果的同時也避免了二次傷害。而且，該蜂窩材料部42的每邊都有著厚度變化的特征，端部厚度最大，厚度隨線性梯度變化逐漸減小至每個邊的中線位置達到厚度最小值，使得承載力和產生塑性變形最大的位置厚度也最大，在充分發(fā)揮蜂窩材料優(yōu)越的緩沖吸能特性之外也實現(xiàn)了產品的輕量化和較高的材料利用率。

一具體產品中，如附圖之中的產品：該緩沖吸能裝置的高度230mm，直徑185mm；該支撐座為鋁合金圓形板，直徑185mm，厚度5mm；該彈性體30的彈簧絲直徑5mm，自由狀態(tài)下高度100mm；該頂板32厚度10mm，凹槽深5mm，直徑50mm；該支撐管32的高度60mm，直徑40mm，壁厚2mm；該管體單元10中的兩管體的厚度均為2mm，高度均為220mm，吸能材料部12的密度為0.3g/cm³，且加工時管體和吸能材料部通過環(huán)氧樹脂粘結劑膠接后，靜止固化24小時后再與兩端支撐座20通過焊接連接；該蜂窩材料單元40的蜂窩材料部42的總高度220mm，寬度60mm，其中的厚度t2＝0.5mm，厚度t1＝1mm，弧形板41厚度為2毫米，彎曲半徑為312mm。

本發(fā)明所涉及的負泊松比式的遞進組合型緩沖吸能裝置為獨立緩沖吸能裝置，不受其他裝置或者機構的限制，在使用時可單獨或者以多組的形式將其固定在需要進行緩沖吸能的位置。本發(fā)明所涉及的緩沖吸能裝置在使用時將兩端面的任意一面朝向碰撞來源，例如當將其應用到汽車安全性領域中作為吸能元件時，應將其端面法線指向車輛行駛正前方，以最大化發(fā)揮該裝置的緩沖吸能效果。

本實施例的緩沖吸能裝置具有如下優(yōu)點：

1、吸能形式多樣，高效的吸能效果。本發(fā)明提供了一種負泊松比式的遞進組合型高效緩沖吸能裝置，其中組合了多種吸能形式，包括管體單元(三明治管)本身所具有的高效的能量吸收能力，中間的彈性體壓向兩端的支撐管潰縮產生的能量吸收，以及該裝置四周的蜂窩材料部42在受到弧形板擠壓時產生的能量吸收能力。當緩沖吸能裝置在受到碰撞載荷時，其本身所兼具的多種能量吸收方式可通過不同形式在同一時間進行，將能量吸收效率發(fā)揮到最大化，最快的將碰撞動能消解在材料的各種形式產生的塑性變形中，將傷害降到最低。

2.比吸能大，輕量化效果明顯。該蜂窩材料部42采用了變厚度設計，減小材料利用率較低位置的厚度，在不減小其本身能量吸收能力的前提下也有利于輕量化的實現(xiàn)。除此之外，設有至少兩蜂窩材料單元，能吸收大量的能量，且該材料質量小，故單位質量的材料能量吸收能力非常高。管體單元的吸能材料部采用的是低密度泡沫，管體采用的是鋁合金材料，兩者質量小，能量吸收能力強，且通過管體和吸能材料部產生的交互作用，其能量吸收能力得到了增強，故管體單元整體比吸能大，且有助于輕量化的實現(xiàn)。值得指出的是本發(fā)明所實現(xiàn)的產品輕量化有助于裝載本裝置的工程裝備減少在動能上不必要的能量消耗，有利于節(jié)能減排。

3.緩沖吸能穩(wěn)定，耐撞性高。本發(fā)明所涉及的遞進組合型緩沖吸能形式緩沖效果明顯，吸能穩(wěn)定，第一階段的彈性體蓄力階段雖然不能發(fā)生能量吸收，但有助于降低沖量，有助于降低事故發(fā)生時產生的巨大碰撞初始峰值力，有助于提高吸能元件在能量吸收時的緩沖能力，且耐撞性高，減小了對裝備使用者的傷害。

4.負泊松比潰縮變形，空間入侵量小。本發(fā)明提供了一種負泊松比式變形的緩沖吸能裝置，當該裝置在受到碰撞力產生壓潰變形壓縮時，不會發(fā)生膨脹反而會產生收縮，空間入侵量小，減小了對其他構件的影響且不會占用大量的空間，使得當碰撞事故發(fā)生時有效空間更多，也同時避免了二次傷害。

5.加工制備簡單，可持續(xù)性強。本發(fā)明所涉及的弧形板可直接通過四邊形不銹鋼板通過特定弧度卷軋制成，在受到彎曲變形時不易發(fā)生斷裂失效，蜂窩材料部以及管體、支撐管等都可通過電火花線切割的簡單方式生產，通過環(huán)氧樹脂粘結劑膠接以及焊接的形式也非常容易實現(xiàn)。所以在保證其功能性的同時，該裝置在整體上避免了復雜的加工工藝，制備簡單，且不易受雨水空氣的侵蝕，可持續(xù)性使用能力強。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內。