一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，为金属材料制成薄壁管结构，组合结构由若干个截面形状为矩形哑铃状的薄壁管依次纵横交错排列组成，其中矩形截面哑铃状薄壁管分结构由两块平行薄板连接两空心矩形管而成。本实用新型专利技术通过优化设计哑铃管截面形状和薄壁管单元结构组合形式，提供一种具有负泊松比效应的薄壁金属管能量吸收系统，相较于传统的薄壁圆管吸能系统，该系统具有更高的能量吸收效率和更好的吸能稳定性。同时，该吸能系统拆装便利，无需额外安装外部约束装置或内部结构连接件以及定位装置，即可实现在X

【技术实现步骤摘要】
一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统


[0001]本技术涉及薄壁管吸能系统的
，更确切地说，是涉及一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，该吸能系统可应用于航空航天、交通运输以及重要设施需要抗冲击减震的防护系统中。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国各种交通运输工具蓬勃发展，交通事故发生率也陡然上升，其中冲击载荷对生命和财产造成了巨大的损害。对受冲体进行方便有效的保护，可以大大挽救车祸和爆炸中的生命和财产。因此，设计一种吸能效率高、吸能稳定性好、拆装便利的能量吸收系统具有重要意义，目前有许多研究人员进行能量吸收系统的研究。
[0003]金属薄壁管是民用和国防工程中应用最广泛的能量吸收结构件之一，它有诸多吸能耗能的优势，如稳定且持续较长的变形过程；较小的初始冲击；较快的能量耗散；易于制造和构建成本低。因此，许多现有的冲击能量吸收系统是由多排薄壁圆管组成的。
[0004]然而，由于传统圆管极低的滚动摩擦阻力，组合结构在冲击作用下会侧向飞溅，不仅会造成二次损伤，还有吸能不稳定、吸能效率低等缺陷，不能起到很好的安全防护效果。为了弥补这些缺陷，工程中常采用的措施有：一、在吸能系统边界设置约束挡板防止管件侧向飞溅；二、各管件之间设置机械连接件或将管件焊接连接。但以上措施都增加了拆装过程中人力物力的消耗，以及降低材料利用率，大大增加了防护系统的成本。为了解决传统薄壁圆管吸能系统的这一不足，哑铃状薄壁管结构之前已被提出，这套系统可以降低拆装的时间和人力成本，受冲击圆管不会侧向飞溅，但是只能应对单一方向的冲击。
[0005]负泊松比结构在变形过程中常常表现出反直觉的变形行为，在单轴压力作用下，传统结构在垂直于荷载方向上发生膨胀，而负泊松比结构却沿横向收缩。这一反直觉的变形行为使得负泊松比结构比传统结构具有更优异的抗冲击性能和吸能效率。
[0006]所以，结合负泊松比结构设计一种吸能稳定性好、吸能效率高、拆装便利以及可应对多个方向冲击的能量吸收系统，对于提高材料利用率、降低防护系统成本、抵抗不可预测的冲撞、降低生命财产损失有着重要的价值。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于提供一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，该吸能系统为易于拆装、经济实用的能量吸收系统，为冲击碰撞爆炸的防护提供更为方便、快捷、经济、安全的保障。
[0008]本技术的实施例可以这样实现：
[0009]本技术的实施例提供一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，其特征在于：吸能系统由若干个矩形哑铃状薄壁管分结构纵横交错排列组成多排多列组合结构，组合薄壁管结构在冲击过程中能够达到多维自锁的效果；
[0010]所述的薄壁管分结构横截面为矩形哑铃状，且两平行薄板间的距离H等于主体矩
形管的短边b；
[0011]所述的薄壁管分结构两平行薄板的宽度W与主体矩形管的长边a满足W＝a；
[0012]所述的薄壁管分结构主体矩形管的长边a与短边b满足a＝3b；
[0013]所述的薄壁管分结构的轴向长度L与两主体管之间的轴心距A满足L≥5A；
[0014]所述的薄壁管分结构主体矩形管的短边b与薄壁管的厚度t满足b/t≥20。
[0015]进一步的，矩形哑铃状薄壁管依次纵横交错排列组成，无需设置外部约束装置或在薄壁管分结构之间设置连接件，即可排列组成吸能系统。
[0016]进一步的，吸能系统拼装过程中矩形哑铃状薄壁管依次纵横交错排列，相邻四个矩形主体管形成了一个矩形空间，实现在纵向压缩该结构时，横向向内部收缩且结构间产生自锁现象。
[0017]本技术的原理在于：
[0018]一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，为金属材料制成薄壁管结构，组合结构由若干个矩形哑铃状薄壁管依次纵横交错排列组成特殊的结构单元，实现在冲击过程中四个主体矩形管接触点受冲压而发生旋转，随着若干层薄壁管压缩重叠，组合结构因负泊松比效应向内聚合，进一步增强抗冲击能力，吸能系统会获得更好的吸能稳定性和更高的吸能效率。矩形哑铃状薄壁管的形状比例和组合方式使相邻两排、两列结构在X
‑
Y轴方向的冲击荷载下达到自锁的效果。
[0019]本技术的有益效果为：
[0020]1、本技术一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，由于组合结构单元的特殊性和薄壁管的层叠排布，使得碰撞初期时，组合结构的弯曲变形可以有效耗散碰撞动能，即减小冲击物的加速度从而降低碰撞破坏程度。随着若干层薄壁管压缩重叠，组合结构会因为负泊松比效应而向内聚合，进一步增强抗冲击能力。因此，本技术组装而成的吸能系统具有更好的吸能稳定性。
[0021]2、本技术一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，相较于传统的圆管，矩形哑铃状薄壁管有更多的角单元，由于在碰撞过程中，角单元的折叠变形是主要的吸能方式之一，所以，这种负泊松比组合结构的吸能效果要明显优于传统薄壁圆管组合结构。
[0022]3、本技术一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，无需额外设置外部约束装置，也无需设置内部管件连接装置，即可实现在X
‑
Y轴方向的冲击荷载下，吸能系统的管件产生自锁效应。提高材料利用率，满足工程经济性的需求。
[0023]4、本技术一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，该结构拆装便利，拼装过程中无需设置定位装置。遇突发状况可快速完成拼装抵抗冲击。
[0024]5、本技术一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，每层放置薄壁管的个数和层数可根据冲击物能量和场地实际情况灵活调节。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可
以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1为本技术所涉及的组合结构示意图。
[0027]图2为本技术所涉及的组合结构横截面示意图。
[0028]图3为本技术所涉及的矩形哑铃状薄壁管分结构示意图。
[0029]图4为本技术所涉及的矩形哑铃状薄壁管分结构横截面示意图。
[0030]图5为本技术所涉及的实施例数值模拟中组合结构纵向承载变形的示意图。
[0031]图6为本技术所涉及的实施例数值模拟中组合结构纵向承载下力—位移曲线的示意图。
[0032]图5中：1.本技术所涉及的实施例数值模拟中组合结构变形前；2.本技术所涉及的实施例数值模拟中组合结构纵向承载后发生负泊松比效应且结构间产生自锁效果。
具体实施方式
[0033]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有负泊松比效应的自锁式薄壁管结构吸能系统，其特征在于：每个矩形哑铃状薄壁管由两个平行薄板连接两个空心矩形组成，若干个矩形哑铃状薄壁管纵横交错排列，组成多排多列组合结构，实现组合薄壁管结构在X
‑
Y轴方向冲击过程中能够达到结构间自锁的效果；所述的薄壁管分结构横截面为矩形哑铃型，且两平行薄板间的距离H等于主体矩形管的短边b；所述的薄壁管分结构两平行薄板的宽度W与主体矩形管的长边a满足W＝a；所述的薄壁管分结构主体矩形管的长边a与短边b满足a＝3b；所述的薄壁管分结构的轴向长度L与两主体管之间的轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王柯文，朱一林，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：