基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法及结构技术

本发明专利技术的一种基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法及结构，包括以下步骤，根据任务要求选择缓冲材料；根据任务要求计算校核吸能效率；对透射应力

【技术实现步骤摘要】
基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法及结构


[0001]本专利技术涉及缓冲设计
，具体涉及一种基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法
。

技术介绍

[0002]随着精确打击技术的发展，弹载电子设备等精密元件在动态冲击的恶劣工作环境中往往受到破坏
。
为确保精密元件正常工作，必须采取一定的措施对结构进行抗高过载的缓冲设计
。
最普遍的方法为改善结构的受力环境，设计能量吸收结构，减小传递到被保护部件上的冲击峰值，降低高过载环境对精密元件的影响
。
在工程实践中，通常会选用的缓冲材料有圆管
、
蜂窝金属材料
、
纸质蜂窝材料
、
泡沫金属
、
泡沫塑料等弹塑性材料，也会选用橡胶
、
环氧树脂等粘弹性材料，利用缓冲材料的塑性变形吸收冲击能量
。
[0003]但根据能量吸收的一般原理，在强动载荷作用下，其加载形式实为应力波加载，缓冲设计不仅要考虑利用缓冲结构和材料的塑性变形吸收能量，还要关注缓冲结构的峰值应力应当保持低于引起损伤的阈值
。
这就要求良好的缓冲结构不仅要具有较大的能量吸收效率，还应尽可能地弥散应力波，衰减传递到被保护元件上的透射波的幅值，拉宽透射波的脉宽
。
[0004]一般来说，弹载的高过载环境通常会对缓冲结构设计提出更高的要求，具体而言有：（1）弹载的工况更为恶劣，通常高过载值可达几万
G
甚至十几万
G
；（2）弹载缓冲结构的设计均会有空间的限制，要求缓冲结构在同等吸能效率的条件下其体积尽可能小；（3）某些被保护的弹载电子元器件会有接线，要求缓冲结构在吸能和减小峰值应力的同时其形变和位移尽可能小
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出的一种基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法，可至少解决上述技术问题之一
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：包括以下步骤，根据任务要求选择缓冲材料；根据任务要求计算校核吸能效率；对透射应力
/
形变设计进行校核，直到满足任务要求
。
[0007]进一步的，所述根据任务要求选择缓冲材料，具体包括，选择壳体结构或多胞材料作为结构材料，以金属为基体；选择粘弹性材料作为填充材料
。
进一步的，所述根据任务要求计算校核吸能效率，具体包括，根据任务要求总吸能量和总体积，设计并校核结构层和填充层的吸能量；设计总要求：
其中：其中：其中：其中：为缓冲材料的单位体积吸能量，为结构层总吸能量，为填充层总吸能量
。
[0008]进一步的，所述对透射应力
/
形变设计进行校核，直到满足任务要求，具体包括，在设计校核完成后通常在实弹试验之前，制作等比例缓冲结构样件，开展高过载冲击验证试验，采用高过载冲击台试验设备；设置试验条件为实际弹载高过载环境条件，包括冲击能量
、
高过载值
、
冲击时间参数；冲击试验完成后校核透射应力，样件形变是否满足任务要求
。
[0009]进一步的，也可使用有限元分析软件如
LS
‑
DYNA
，开展仿真分析对透射应力
/
形变设计进行验证校核
。
[0010]进一步的，所述壳体结构包括圆管
、
蜂窝
、
泡沫
。
[0011]进一步的，粘弹性材料包括环氧树脂
、
橡胶
。
[0012]另一方面，本专利技术还包括一种采用上述的基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法生成的结构，以粘弹性材料填充或嵌套入壳体结构或多胞材料，形成复合缓冲结构
。
[0013]由上述技术方案可知，本专利技术的基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法具有以下有益效果：本专利技术结合两种材料的优势，以粘弹性材料填充或嵌套入壳体结构或多胞材料，形成复合缓冲结构，以相同体积的情况下实现能量吸收效率的提升，并利用粘弹性材料的低波阻抗限制应力波幅值和波速
。
同时壳体结构或多胞材料对填充其中的粘弹性材料相当于施加横向限位，从而提升复合缓冲结构的抗变形能力
。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术实施例的蜂窝铝结构的应力应变曲线；图3是本专利技术实施例的粘弹性材料透射波信号示意图；图4是本专利技术实施例的结构示例
①
图示；图5是本专利技术实施例的结构示例
②
图示；图6是本专利技术实施例的结构示例
③
图示
。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例
中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
[0016]如图1所示，本实施例所述的基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法，包括以下步骤，根据任务要求选择缓冲材料；根据任务要求计算校核吸能效率；对透射应力
/
形变设计进行校核，直到满足要求
。
[0017]以下分别具体说明：
S1、
缓冲材料选择（1）选择诸如圆管
、
蜂窝
、
泡沫等壳体结构或多胞材料作为结构材料，特别是以金属为基体的上述材料，利用塑性变形有着较强的能量吸收效率，但其波阻抗较大，即材料偏硬，特别是随着应变的增大，压实阶段的到来，其对应变波的弥散效果较差
。
[0018]（2）选择诸如环氧树脂
、
橡胶等粘弹性材料作为填充材料，虽然其能量吸收效率相对较低，但其波阻抗很小，材料偏软，其波阻抗仅为钢材的
0.001~0.0001
倍，作为缓冲材料能使应力波的幅值能减少约
0.001~0.0001
倍，而且应力波在通过软材料时，波速也会被有效降低
。
[0019]S2、
吸能效率计算校核根据任务要求总吸能量和总体积，设计并校核结构层和填充层的吸能量
。
设计总要求：设计总要求：其中：其中：其中：其中：为缓冲材料的单位体积吸能量，为结构层总吸能量，为填充层总吸能量
。
[0020]S3.
透射应力
/
形变设计校核在设计校核完成后通常在实弹试验之前，制作等比例缓冲结构样件，开展高过载冲击验证试验，采用高过载冲击台试验设备
。
设置试验条件为实际弹载高过载环境条件，包括冲击能量
、
高过载值
、
冲击时间等参数
。
冲击试验完成后校核透射应力，样件形变是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法，其特征在于，包括以下步骤，根据任务要求选择缓冲材料；根据任务要求计算校核吸能效率；对透射应力
/
形变设计进行校核，直到满足任务要求
。2.
根据权利要求1所述的基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法，其特征在于：所述根据任务要求选择缓冲材料，具体包括，选择壳体结构或多胞材料作为结构材料，以金属为基体；选择粘弹性材料作为填充材料
。3.
根据权利要求1所述的基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法，其特征在于：所述根据任务要求计算校核吸能效率，具体包括，根据任务要求总吸能量
U
和总体积
V
，设计并校核结构层和填充层的吸能量
U1、U2；设计总要求：
U≤U1+U2V≥V1+V2其中：
U1＝
W1V1U2＝
W2V2W
为缓冲材料的单位体积吸能量，
U1为结构层总吸能量，
U2为填充层总吸能量
。4.
根据权利要求1所述的基于有限空间和有限形变的抗高过载缓冲设计方法，其特征在于：所述对透射应力
/
形变设计进行校核，直到满足任务...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈栋，杨光，田宗浩，张晓龙，吴鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，
类型：发明
国别省市：