人体坠落防护吸能系统技术方案

本发明专利技术提供了人体坠落防护吸能系统，包括一个或多个易碎的吸能单元形成的可压溃的吸能防护结构，所述吸能防护结构受坠落人体冲击时会在厚度方向发生压溃应变。本发明专利技术较好地减轻了人体坠落后所受的伤害。

Human fall protection energy absorption system

The invention provides an energy absorption system for fall protection of human body, which comprises a collapsible energy absorption protection structure formed by one or more fragile energy absorption units. The energy absorption protection structure will collapse in the thickness direction when impacted by a falling human body. The invention can reduce the injury of human body after falling.

【技术实现步骤摘要】
人体坠落防护吸能系统
本专利技术涉及一种人体坠落防护吸能系统。
技术介绍
在造成意外事故死亡的原因中，坠落是继交通事故后的第二大原因。由此可见，如何有效地减轻坠亡事故的危害是一个很重大的社会问题。在这些坠亡事故中，有的是从建筑高楼上坠落的，这里面不但有无意的事故，也有有意跳楼自杀，或在高楼发生火灾时不得已而跳楼。例如在火灾现场，在视频中有时会看到人从楼上不得已而跳下，因坠落而亡，消防救援人员也无能为力，这让人感到很痛心和震撼。在与消防救援人员调研沟通中获悉，如何减轻或消除人体坠落事故的伤害，目前还没有一个成熟且通用有效的方法。消防救援人员，有时可以使用一些消防网、救生垫等，但效果不好。救生结果具有不确定性，和场地天气等自然条件关系很大；设置需要时间，而且在坠落高度比较高时没有效果。另外，常用的坠落人体防护装置，所用的垫、网和气囊材料，大多是弹性体，吸能效果不佳。
技术实现思路
本专利技术提供了人体坠落防护吸能系统，系统包括由一个或多个易碎的吸能单元形成的可压溃的吸能防护结构，所述吸能防护结构承受坠落人体冲击时会在厚度方向发生压溃应变。所述吸能单元或者可压溃吸能防护结构中的吸能，当然是指用于吸收坠落人体的动能。所述可压溃，在本领域中当然是指：该结构可被运动的坠落人体压溃破坏，从而减少人所受的伤害载荷。所述厚度方向，又可称为竖直方向。所述吸能防护结构包括如下特性：(1)这种防护结构的压溃应变过程是个局部现象，防护结构被压溃的面积和受人冲撞的接触面大小相当；(2)每个所述吸能单元由整体性完好的轻质脆性材料组成。本吸能系统安装在人体可能的坠落点下的水平支撑面上，在它受到坠落人体冲击时，与人体接触的系统接触面局部，通过不断地牺牲自身的过程，或不断地被坠落人体压溃破坏掉的过程，使坠落人体会在系统的厚度方向上不断坠入而逐渐减速，坠落人体的动能在比较小载荷水平下逐渐地被系统吸收掉，直到坠落人体停止，从而减轻人体在如果没有此系统情况下的伤害程度。每个所述吸能单元可有如下特性：(1)在被压溃过程中，直至接近压实开始点时，吸能单元保持相对不变的压溃强度(压溃强度在本文亦称压溃应力)；(2)进入朔性压溃阶段之后，当压缩停止时，吸能单元不会有反弹。通常，系统的吸能单元有特定的强度、密度和压溃破坏下的特征，所述特定的指视防护效果需要而定。任选地，各所述吸能单元在竖直方向的总厚度h由下列因素决定：所述吸能单元的材料压溃强度σ、所述吸能单元的接近常值的压溃强度的最大材料应变∈、人体坠落点高度H、坠落人体质量m和坠落人体平均水平截面积A，h与H和/或m正相关，与σ、∈和/或A成反比；各所述吸能单元的σ、∈可相同，如，所述总厚度h≥mgH/(∈σA)，g为重力加速度。具体而言，本文H是指人体的坠落高度，与吸能防护结构中高度最高的吸能单元的上表面的高度差；本文A是人体与吸能防护结构接触部分的平均水平截面积。任选地，所述吸能单元的材料压溃强度σ和密度ρ，由下列因素决定：人体坠落点高度H、坠落人体质量m和坠落人体平均水平截面积A，和拦停人体的最大过载目标值K(单位是g)；各所述吸能单元的σ、∈、ρ可相同，如，所述吸能单元的强度σ和密度ρ满足：[(2ρgH+σ)A]/(mg)＜K。当然，本领域公知的是，人体质量m和截面积A、拦停人体的最大过载目标值K对不同的人群是不同的，所以在设计时，要综合考虑到可能受害人的年龄、性别、坠落姿态、安全余量等因素。任选地，所述吸能系统在同一水平面上包括至少两个吸能单元；各吸能单元之间留有空隙，和/或，吸能单元上设置有气孔，所述空隙或气孔有如下至少一个作用：1)在吸能单元承压溃变时，释放吸能单元被压缩造成的内部压力。2)给坠落人体提供呼吸用空气。3)便于吸能系统通风和/或排水。另外，当系统随温度变化热胀冷缩时，留有的空隙，还可保持系统的结构稳定完好和耐久性。任选地，所述吸能系统在同一水平面上仅有1个吸能单元，吸能单元上设置有气孔，所述气孔有如下至少一个作用：1)在吸能单元承压溃变时，释放该吸能单元的内部压力2)给坠落人体提供呼吸用空气3)便于吸能系统通风和/或排水。当然，由于是吸能系统，本领域公知的是，上述各个单元的空隙或气孔，不能影响到系统的吸能效果，比如，人体的截面积和吸能单元的平面尺寸会影响到允许空隙的最大值。再如：为了系统的完好，通孔要在厚度方向设置，间隔大约是人体特征长度，孔的截面积和孔的密度不能影响系统的吸能特性。这里的人体特征长度定义是人体截面积的平方根。任选地，所述吸能单元至少为两层，为了保持空隙或气孔的通畅，摆放时，上下吸能单元要对齐，不要错位，各吸能单元平面形状和平面尺寸，可以一样。各单元的形态、密度、强度、高度、单元的垂直方向的层数、和水平覆盖面积，可根据防护人体的坠落高度区间，系统的安装位置和坠落人体的组成特征来决定的。任选地，本吸能系统覆盖的区间是由坠落人体的可能落点来决定的。系统覆盖的区间越大，保护坠落人体的范围越广。各层吸能单元叠加起来，是吸能系统的厚度h。任选地，本吸能系统吸能单元，根据设计条件，每层单元可以是一样的吸能能力(强度)；也可以设计成顶部第一层相对比较弱，然后逐层强度增加。顶部第一层相对比较弱，有利于在人体最初接触系统时，减少冲击载荷突然增加的动态效应对人体的局部伤害。任选地，所述轻质脆性材料，可有如下力学特性(见图1)：(1)这种材料在进入朔性压溃阶段前，材料几乎没有弹性变形阶段；在整个朔性压溃阶段，直至接近材料压实开始点时，材料保持相对不变的压溃强度。(2)进入朔性压溃阶段之后，当压缩载荷卸载时，材料不会有反弹。(3)材料的压溃应变过程是个局部现象。与弹性材料比较，在给定最大允许载荷的情况下，此类材料对能量的吸收更有效。任选地，所述轻质脆性材料为多孔材料，例如轻质低强度的发泡混凝土、发泡玻璃、泡沫陶土、发泡陶瓷等。也可以选取有类似材料特性的脆弱材料。任选地，本吸能单元材料轻，密度不会超过0.6吨/米3。任选地，本吸能单元材料脆，弹性变形小于5％；任选地，本吸能单元材料弱，朔性变形不反弹，压溃强度小于0.6兆帕。任选地，各所述吸能单元的σ、∈、ρ相同。这样，可组成均匀的吸能防护结构或者均匀系统。附图说明图1为压应力与应变之间的关系的示意图。具体实施方式坠落人体在触地前是有速度的，是有动能的。速度越大，动能越大，当人体的动能是零时，就停止运动了。坠落人体在触地一瞬间，动能被地面完全吸收。在动能被吸收的短暂过程中，人体会受到两种载荷的伤害，一种是冲击载荷，是人体与地面相互接触处的作用力；另一种是人体内各点的减加速度载荷，作用在体内每点。如果坠落人体的动能在完全被吸收的短暂过程中，有方法能减轻人体所受到的冲击载荷和加速度载荷，人体的伤害程度就会减轻。本专利就是基于此原理，设计出一种特定的吸收坠落人体动能的系统方法，在人体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一个人体坠落防护吸能系统，包括一个或多个易碎的吸能单元形成的可压溃的吸能防护结构，所述吸能防护结构受坠落人体冲击时会在厚度方向发生压溃应变。/n

【技术特征摘要】
1.一个人体坠落防护吸能系统，包括一个或多个易碎的吸能单元形成的可压溃的吸能防护结构，所述吸能防护结构受坠落人体冲击时会在厚度方向发生压溃应变。


2.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述吸能防护结构包括如下特性：(1)吸能防护结构的压溃应变过程是个局部现象，吸能防护结构被压溃的面积和受人冲撞的接触面大小相当；(2)每个所述吸能单元由整体性完好的轻质脆性材料组成。


3.如任一在先权利要求所述的系统，其特征是，每个所述吸能单元有如下特性：
(1)在被压溃过程中，直至接近压实开始点时，吸能单元保持相对不变的压溃强度；
(2)进入朔性压溃阶段之后，当压缩停止时，吸能单元不会有反弹。


4.如任一在先权利要求所述的系统，其特征是，各所述吸能单元在竖直方向的总厚度h由下列因素决定：所述吸能单元的材料压溃强度σ、所述吸能单元的接近常值的压溃强度的最大材料应变∈、人体坠落点高度H、坠落人体质量m和坠落人体平均水平截面积A，h与H和/或m正相关，与σ、∈和/或A成反比。


5.如权利要求4所述的系统，其特征是，各所述吸能单元的σ、∈相同，所述总厚度h≥mgH/...

【专利技术属性】
技术研发人员：施毅坚，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41