一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构，其包括吸能模块、组装支架和复位推板，吸能模块由多边形单元体阵列排布而成，多边形单元体之间通过榫卯咬合连接，多边形单元体轴线相互平行，与所受荷载方向一致，吸能模块的边缘多边形单元体与组装支架内表面通过榫卯咬合连接，多边形单元体轴线与复位推板的上表面垂直，复位推板边缘与组装支架内表面通过榫卯咬合连接。本发明专利技术通过多边形单元体之间榫卯连接的滑移变形，实现在冲击荷载作用下结构的吸能，冲击荷载作用卸除后吸能模块的变形记录了冲击物的形态，并通过复位推板实现吸能模块恢复至原始状态，实现结构的可重复利用，有望应用于交通装备、航空航天等装置的碰撞吸能部件。的碰撞吸能部件。的碰撞吸能部件。

【技术实现步骤摘要】
的长度方向均匀布置有内凹点；所述凸起点与内凹点相匹配，凸起点能够嵌入内凹点，实现多边形单元体沿滑移方向的方位限位，从而使得榫卯连接在初始状态或冲击荷载作用下变形状态的连接更加牢固。
[0008]在冲击荷载作用下，所述吸能模块的所述多边形单元体之间的榫卯连接发生滑移；所述多边形单元体沿着“榫”长度方向均匀布置的凸起点嵌入相邻多边形单元体沿着“卯”长度方向均匀布置的内凹点，实现多边形单元体沿滑移方向的方位限位；所述吸能模块的变形记录了冲击物的形态特征。
[0009]所述多边形单元体、所述复位推板及所述组装支架内表面上“榫”的厚度为d1，“榫”上凸起点的厚度d2，所述多边形单元体、所述复位推板及所述组装支架内表面上“卯”的厚度为d3，“卯”上内凹点的厚度d4，d1+d2大于d3（实际应用时略大于即可），间隙配合保证多边形单元体之间、多边形单元体与组装支架之间、复位推板与组装支架之间在冲击荷载作用下可以相对运动，在无荷载作用下可以限位不滑出；所述多边形单元体长度L，所述复位推板上表面距离所述组装支架上表面距离H应满足：H≤L，确保任何一个多边形单元体不会因滑移位移过大以致脱离吸能模块；可根据预计冲击能量的大小进行预估初始状态下所述复位推板上表面距离多边形单元体阵列排布而成的吸能模块下表面距离h，h应该满足：h≤H。
[0010]所述复位推板上表面铺设有可更换缓冲材料，避免在冲击荷载作用下所述吸能模块下表面硬着陆致其损坏。
[0011]本专利技术所述方案的原理在于：基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构，整体为由吸能模块、组装支架和复位推板组合而成，核心为由多边形单元体榫卯连接阵列组合的多稳态吸能模块，通过对多边形单元体材料、多边形单元体上“榫”、“卯”、“榫”上凸起点、“卯”上内凹点的尺寸布置、多边形单元体长度及阵列形式进行一系列优化设计，使得吸能模块具有多稳态、可复位、吸能效率高等特性。多边形单元体通过榫卯连接的滑移，达到消耗能量、耗散冲击的作用。通过复位推板的作用，多边形单元体榫卯连接阵列组合的多稳态吸能模块可以恢复到初始状态，可以继续重复利用。
[0012]本专利技术所述方案与现有技术相比的优点在于：本专利技术通过对多边形单元体材料、外形、长度及阵列排布方式的设计，实现不同的吸能需求。通过对多边形单元体材料、榫卯及凹凸点布置尺寸等外形设计，达到改变装置强度及其最大承载能力，从而满足不同的冲击强度要求；通过对榫卯及凹凸点布置尺寸设计，使得在吸能模块大变形过程中，吸能模块理想的反作用力维持恒定或几乎恒定，避免过高的减速速率；通过对多边形单元体长度设计，设计吸能模块的位移空间，改变吸能装置的荷载
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位移曲线特性，满足较长的冲击荷载所致变形行程，吸能模块将大部分输入动能通过多边形单元体之间榫卯滑移变形转换为非弹性能，避免了冲击物的破坏；通过设计多边形单元体的阵列排布方式及组装支架外形，与冲击物体形状相适应，提高吸能装置的效率，避免冲击物和吸能装置本身的破坏。
[0013]本专利技术通过复位推板的设计，使得吸能装置在受到冲击后，能够方便、快捷地恢复至初始状态，实现可循环利用。
[0014]本专利技术多边形单元体之间基于可拆卸的榫卯连接，实现吸能装置的易于安装及局
部损坏后可局部更换而不影响整体结构，具有较高的维护性及经济性。
[0015]本专利技术多边形单元体可选择但不限于采用轻质材料基于3D打印制作，单位重量的能量吸收能力强，即具有比能量吸收高的特性，且3D打印可使其具有较高的制作精度。
[0016]本专利技术具有冲击变形记忆功能，冲击过程中冲击物与吸能模块多边形单元体接触点的位移量会被多边形单元体的滑移变形量所记忆，形成冲击物的轮廓面，为事故分析提供依据。
[0017]本专利技术具有制造成本低、易于加工安装、易于局部替换、可复位循环利用及记录冲击物形态等优点，将有望应用于交通装备、航空航天等装置的碰撞吸能部件。
附图说明
[0018]图1 本专利技术一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构的示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0019]图2 本专利技术一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构的剖面示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0020]图3 本专利技术多边形单元体基于榫卯连接阵列排布而成的吸能模块示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0021]图4 本专利技术多边形单元体示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0022]图5 本专利技术组装支架示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0023]图6 本专利技术复位推板示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0024]图7 本专利技术多边形单元体
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榫”与“卯
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局部示意图（主多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0025]图8 本专利技术一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构的示意图（主多边形单元体为八边形、次多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0026]图9本专利技术一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构俯视图（主多边形单元体为八边形、次多边形单元体为四边形、“榫”上凸起点为圆柱面、阵列形式为方型）。
[0027]图中序号及名称为：1、吸能模块，101、主多边形单元体，102、次多边形单元体、10101、主多边形单元体上的“榫”，10102、主多边形单元体上的“卯”，10103、主多边形单元体上“榫”上分布的凸起点，10104、主多边形单元体上“卯”上分布的内凹点，2、组装支架，201、组装支架内表面上的“榫”，202、组装支架内表面上的“卯”，203、组装支架内表面“榫”上分布的凸起点，204、组装支架内表面“卯”上分布的内凹点，3、复位推板，301、复位推板边缘上的“榫”，302、复位推板边缘上的“卯”，303、复位推板边缘“榫”上分布的凸起点，304、复位推板边缘“卯”上分布的内凹点。
具体实施方式
[0028]本专利技术具有如下优选的实施方式。一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构，包括吸能模块、组装支架和复位推板，所述吸能模块由多边形单元体阵列排布而成，所
述多边形单元体为偶数等边多边形，所述多边形单元体之间通过榫卯咬合连接，所述多边形单元体轴线相互平行，与所受荷载方向一致；所述吸能模块的边缘多边形单元体与组装支架内表面通过榫卯咬合连接；所述复位推板的边缘与组装支架内表面通过榫卯咬合连接，所述多边形单元体轴线与复位推板的上表面垂直；通过所述多边形单元体之间榫卯连接的滑移变形，实现在冲击荷载作用下结构的吸能，冲击荷载卸除后吸能模块的变形记录了冲击物的形态；通过向上推动所述复位推板实现吸能模块恢复至原始状态，实现结构的可重复利用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
长度方向均匀布置的凸起点及内凹点具有相同的分布间距及匹配度。8.根据权利要求1
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4任一项所述的一种基于榫卯连接的可复位多稳态吸能组合结构，其特征在于：所述多边形单元体长度L，所述复位推板上表面距离所述组装支架上表面距离H应满足：H≤L，确保任何一个多边形单元体不会因滑移位移过大以致脱离吸能模块；可根据预计冲击能量的大小进行预估初始状态下所述复位推板上表面距离多边形单元体阵列排布而成的吸能模块下表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛立彪，王宝龙，李艳滨，李天娥，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：