一种多尺度的层级三角形抗冲击结构制造技术

本实用新型专利技术属于三角形抗冲击技术领域，公开了一种多尺度的层级三角形抗冲击结构，三角层级结构内部镶嵌有不同几何的三角型，三角层级设有宏观尺度三角形，宏观尺度三角形内部镶嵌有介观尺度三角形，介观尺度三角形内镶嵌有微观尺度三角形。介观尺度三角形将宏观尺度三角形分割成四个区域，四个区域最上端为第一区域，中间为第二区域，左下端为第三区域，右下端为第四区域。第一区域、第三区域、第四区域内镶嵌有微观尺度三角形。具有更高的抗压特性和吸能特性。在静态压缩下，多尺度层级三角形比单一尺度三角格栅结构吸能特性增幅近两倍，在动态冲击下其吸能特性也有部分提高，可用于抗压和抗冲击夹芯板结构设计，具有良好的工程应用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种多尺度的层级三角形抗冲击结构


[0001]本技术属于三角形抗冲击
，尤其涉及一种多尺度的层级三角形抗冲击结构。

技术介绍

[0002]目前，抗冲击性能是大型装甲车辆、舰船和航母等装备的关键技术指标，关乎其战场生存能力。通过在装备外侧易遭受打击的区域敷设牺牲层，以牺牲层的塑性变形和破坏来实现对爆炸冲击能量的吸收是目前常用的技术手段。出于对大型装备整体性能及实际工况的考虑，设计轻质高强的抗冲击吸能结构对于提高装甲防护能力、保障装甲安全具有重要意义。
[0003]蜂窝材料具有良好的力学性能以及轻量化的特点，目前已被广泛用于相关工程领域中。对于蜂窝结构而言，最小周期性单元的拓扑形式对宏观结构的力学性能有重大影响，例如三角形、四边形、kagome蜂窝的力学性能截然不同。通过设计单个元胞的拓扑结构，来达到提升蜂窝结构性能的目的，是研究人员的重点关注领域。随着现代装备中对质量和强度刚度等的高要求，普通形式的蜂窝结构已经难以满足其工程应用需求，具有宏微观多个尺度的层级结构设计思路对提升蜂窝结构静动态力学性能提供了技术途径。
[0004]层级结构是具有宏微观多个尺度的结构，其中微观结构具有宏观结构类似的拓扑特征，以附加或替换宏观结构某一边或角的形式组合成新的结构。微观结构的引入，能在保持结构质量以及体积满足应用需求的前提下，显著增强结构的力学性能，目前已被应用于航空航天、工程建筑等领域中。
[0005]本技术基于多尺度层级结构设计思路，设计了一种三角层级抗冲防爆结构，与传统三角格栅结构相比，能在保持质量不变的情况下，显著提升结构的抗压特性及抗冲击特性，具有良好的工程应用前景。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：普通形式的蜂窝结构已经难以满足其工程应用需求，具有宏微观多个尺度的层级结构设计思路对提升蜂窝结构静动态力学性能提供了技术途径。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术存在的问题，本技术提供了一种多尺度的层级三角形抗冲击结构。
[0008]本技术是这样实现的，一种多尺度的层级三角形抗冲击结构设置有：
[0009]三角层级结构；所述三角层级结构内部镶嵌有不同几何的三角型，所述三角层级设有宏观尺度三角形，所述宏观尺度三角形内部镶嵌有介观尺度三角形，所述介观尺度三角形内镶嵌有微观尺度三角形。
[0010]进一步，所述介观尺度三角形将宏观尺度三角形分割成四个区域，所述四个区域最上端为第一区域，中间为第二区域，左下端为第三区域，右下端为第四区域。
[0011]进一步，所述第一区域、第三区域、第四区域内镶嵌有微观尺度三角形。
[0012]进一步，所述宏观尺度三角形、介观尺度三角形和微观尺度三角结构尺寸比例均为0.5，即介观尺度三角形边长为宏观尺寸的一半，微观三角形尺寸为介观尺度三角形的一半，三种三角形之间接触无缝隙，应力波可以在结构中连续传播。
[0013]进一步，所述多尺度层级三角形结构中宏观尺度三角形周期性布置，其单个周期性单元可以通过层级三角形的平移和旋转得到。
[0014]结合上述的所有技术方案，本技术所具备的优点及积极效果为：
[0015]新型三角层级结构相较于三角格栅结构，具有更高的抗压特性和吸能特性。在静态压缩下，多尺度层级三角形比单一尺度三角格栅结构吸能特性增幅近两倍，在动态冲击下其吸能特性也有部分提高，可用于抗压和抗冲击夹芯板结构设计，具有良好的工程应用价值。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
[0017]图1是本技术实施例提供的多尺度的层级三角形抗冲击结构示意图。
[0018]图2是本技术实施例提供的单一尺度三角格栅结构与多尺度三角层级抗冲击结构示意图。
[0019]图3是本技术实施例提供的三种结构在准静态压缩下和不同冲击速度下的应力应变曲线。
[0020]图4是本技术实施例提供的多尺度三角层级结构与单一尺度三角格栅结构在低速(5m/s)和高速(100m/s)时的应力应变曲线图
[0021]图中：1、宏观尺度三角形；2、介观尺度三角形；3、微观尺度三角形；4、第一区域；5、第二区域；6、第三区域；7、第四区域。
具体实施方式
[0022]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0023]针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种多尺度的层级三角形抗冲击结构，下面结合附图对本技术作详细的描述。
[0024]本技术的目的是为了克服上述背景中存在的在一定质量约束和体积约束下三角格栅结构抗压特性、吸能特性不足等问题，而设计了一种新型三角层级抗冲防爆结构。该新型三角层级结构相较于三角格栅结构，具有更高的抗压特性和吸能特性。在静态压缩下，多尺度层级三角形比单一尺度三角格栅结构吸能特性增幅近两倍，在动态冲击下其吸能特性也有部分提高，可用于抗压和抗冲击夹芯板结构设计，具有良好的工程应用价值。
[0025]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0026]本技术提供的多尺度三角层级抗冲击结构由m
×
n个层级周期单元组成，其中m为横向元胞数，n为纵向层数，m大于等于1，n大于等于1。单个层级周期单元中，存在四个多尺度层级三角形对称布置；单个层级三角形可以在宏观尺度三角形中填充一个介观尺度三角形和三个微观尺度三角形得到。多尺度三角层级抗冲击结构可应用于夹芯梁和夹芯板的设计，具有良好的抗压、抗冲击吸能特性，切实有效降低受保结构毁伤程度。
[0027]该多尺度三角层级结构，组成材料和几何尺寸可根据具体工程应用条件进行调整。
[0028]根据所设计的三角层级结构，在LS
‑
DYNA有限元软件中建立仿真模型，组成材料为TPU，材料参数为：密度1168kg/cm3，泊松比为0.48，弹性模量为72.25Mpa，切线模量为10.74Mpa，屈服模量为2.747Mpa，应力极限为25.5417Mpa。宏观尺度三角形边长为2cm，介观和微观尺度三角形边长分别为1cm和0.5cm。为证明本技术所提出的多尺度三角层级结构的优异性能，建立单一尺度三角形和多尺度三角形作为对比，为确保三种结构具有相同的等效密度，宏观、介观和多尺度三角形结构壁厚分别为0.3cm、0.15cm和0.088cm。
[0029]提取三种结构在准静态压缩下和不同冲击速度下的应力应变曲线，如图3所示。
[0030]为评估结构的吸能特性，根据结构在压缩和冲击下的应力应变曲线，计算结构的吸能特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多尺度的层级三角形抗冲击结构，其特征在于，所述多尺度的层级三角形抗冲击结构设置有：三角层级结构；所述三角层级结构内部镶嵌有不同几何的三角型，所述三角层级设有宏观尺度三角形，所述宏观尺度三角形内部镶嵌有介观尺度三角形，所述介观尺度三角形内镶嵌有微观尺度三角形。2.如权利要求1所述多尺度的层级三角形抗冲击结构，其特征在于，所述介观尺度三角形将宏观尺度三角形分割成四个区域，所述四个区域最上端为第一区域，中间为第二区域，左下端为第三区域，右下端为第四区域。3.如权利要求2所述多尺度的层级三角形抗冲击结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹剑飞，程乾，温激鸿，郁殿龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：