一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔及其设计方法，其具有负泊松比效应的关键是衬垫部分，以及与外壳、缓冲层、护镜的匹配设计。所设计的防护头盔可以定制，并具有更好地防护性能。简要设计步骤为：首先确定使用者的头型及所选择的头盔类型，确定各个部件的尺寸，接下来根据硬衬垫和半硬衬垫的使用要求不同，将所设计的周期性微结构同3D打印相结合进行制备。最后将各个部件相互组合进行制备，并满足使用需求。本发明专利技术制作的头盔减重的同时更加轻薄，可以根据个人头型的差异定制头盔，佩戴更加舒适，满足防护、功能、和舒适性要求。

A protective helmet with negative Poisson's ratio effect and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔及其设计方法
本专利技术涉及一种通过设计具有负泊松比衬垫来设计具有负泊松比效应的头盔，并提出了具有负泊松比效应衬垫的防护头盔设计方法，属于新材料和新结构领域。
技术介绍
头盔是用来保护头部的护具。是军人训练、作战时戴的帽子，是人们交通运动中不可或缺的工具。在受伤时最严重的是头部，因为头部处于最高和最突出的位置，导致头往往最先着地或者撞击车辆以及其他物体，而且头部在发生意外时，往往承受不住所巨大的力量。研究表明，头盔的使用可以大大降低死亡率，对人的伤害减少到最小。头盔一般包含外壳、缓冲层、护垫和护镜等。衬垫材料具有吸汗、保暖、减震的功能，军用头盔则往往还具有进一步减缓冲击力、防止壳体碎片伤及头部的功能。本专利技术主要根据衬垫的设计，使其可以定制化设计并结合负泊松比材料及3D打印技术采用负泊松比多孔材料制作缓冲和保护装置，例如缓冲垫，手套，头盔，座椅等，具有比传统材料更轻薄和吸能效果更好的特点，在起到保护作用的同时还可以提供使用者更好的舒适性。Foster等研究了使用聚氨酯负泊松比泡沫作为运动头盔中的缓冲层减小冲击加速度的可行性。3D打印技术，亦被称为增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔，包括外壳、护镜、衬垫、缓冲层；其特征在于：所述防护头盔包括具有负泊松比效应的头盔衬垫；所述头盔衬垫的负泊松比效应来源于用有限元分析设计的周期性微结构，所述头盔衬垫由采用尼龙材料进行3D打印的硬衬垫和半硬衬垫组成；所述头盔衬垫的重量m和头盔总质量M满足：80g<m<100g，0.078<m/M<0.098。

【技术特征摘要】
1.一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔，包括外壳、护镜、衬垫、缓冲层；其特征在于：所述防护头盔包括具有负泊松比效应的头盔衬垫；所述头盔衬垫的负泊松比效应来源于用有限元分析设计的周期性微结构，所述头盔衬垫由采用尼龙材料进行3D打印的硬衬垫和半硬衬垫组成；所述头盔衬垫的重量m和头盔总质量M满足：80g<m<100g，0.078<m/M<0.098。2.根据权利要求1所述的一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔，其特征在于：所述防护头盔前后左右采用反光材料喷涂和粘贴，反光材料的面积S满足：18cm2<S<24cm2。3.根据权利要求1所述的一种具有负泊松比效应衬垫的防护头盔，其特征在于：所述护镜打开位置与水平线夹角的夹角θ满足：5°<θ<10°。4.根据权利要求1、2、或3所述的一种具有负泊松比效应衬垫的头盔的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)根据人体工程学测绘使用者的头型尺寸，确定头盔衬垫的三维模型；根据使用者的喜好需求选择合适样式的外壳、缓冲层、护镜；2)将设计的周期性微结构和头盔衬垫的三维模型相结合，采用3D打印技术进行制造；并以不同等级的尼龙材料来打印硬护垫和半硬护垫部分，最终制成完整的头盔衬垫；具有负泊松比效应的周期性微结构设计过程如下：(1)设计屈曲诱导负泊松比超材料；基于旋转机构的概念设计了简单的三维单位单元，其直径与边长比为1.248；R是球的直径与立方体的边长之比，在范围内，以一个单位单元为中心，用相同的单元通过连杆进行连接，形成了代表性体积元素；建筑单元以三个正常的方向为模板形成了体积超材料，材料块的每条边都由8个单元细胞成，以最大限度地减小尺寸效应，以获得可靠均质的特性；(2)进行线弹性基...

【专利技术属性】
技术研发人员：任鑫，王仕龙，韩传镇，沈炜，姜智博，周三峰，罗钰茗，袁建成，邓洪永，王鑫源，钱程，苟若雅，史雨桐，韦文俊，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32