本发明专利技术涉及一种载荷缓冲吸能装置，包括沿载荷方向依次设置的缓冲单元和阻挡栅格组件，缓冲单元包括一个塑性材料薄壁金属管或者多个相互平行设置的塑性材料薄壁金属管；薄壁金属管的轴向与载荷方向平行；阻挡栅格组件所在平面与载荷方向垂直，阻挡栅格组件由至少一个栅格单元拼接组成，栅格单元包括至少三块切割板，多块切割板的一端相互固定且另一端成圆周分布，且固定处形成栅格单元中心。本发明专利技术解决了现有薄壁金属管缓冲装置存在缓冲行程利用率较低、载荷效率低的技术问题，具有缓冲平稳、缓冲行程利用率高、载荷效率高等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是一种薄壁金属管结构的载荷缓冲吸能方法及装置。
技术介绍
薄壁金属管(也称为柱状金属薄壁结构)结构稳定，其变形破坏模式稳定、能量吸收可控，因此作为缓冲吸能结构被广泛应用于与碰撞安全密切相关的领域，如车辆、航天器以及工程防护等。2003年第27卷的《南京理工大学学报》“薄壁圆柱壳轴向动力屈曲的实验研究”中公开了一种薄壁金属管的缓冲装置，利用薄壁金属管在轴向屈曲过程中的折叠变形来达到吸能的目的，这种方案在应用中存在着以下问题一、变形模式会受到薄壁金属管的径厚·比和长径比等因素的影响，如长径比过大的薄壁金属管就会发生欧拉屈曲达不到缓冲的目的；二、在缓冲后期薄壁金属管屈曲后叠加在一起，行程利用率不高，即吸能元件有效变形长度与初始长度之比不高，不利于缓冲吸能；三、薄壁金属管轴向屈曲时，载荷波动较大，缓冲力不平稳，载荷效率即平均载荷/峰值载荷的比值通常较低。2009年中国专利技术专利ZL200910064833. 9公开了一种锥环、胀环和多孔缓冲材料组合在一起的组合式缓冲器，利用各个子缓冲器的冲击曲线错位叠加，改善单一缓冲器存在的载荷波动大等缺点，有效改善了缓冲平稳特性，但是存在着结构复杂，制造成本高，且多个子缓冲器缓冲效果难以精确匹配，此外该缓冲器仍存在缓冲行程利用率较低等问题。
技术实现思路
为了解决现有薄壁金属管缓冲装置存在缓冲行程利用率较低、载荷效率低的技术问题，本专利技术提供，用于冲击或撞击试验的缓冲吸能装置，具有缓冲平稳、缓冲行程利用率高、载荷效率高等特点。本专利技术的技术解决方案—种载荷缓冲吸能装置，其特殊之处在于包括沿载荷方向依次设置的缓冲单元和阻挡栅格组件，所述缓冲单元包括一个塑性材料薄壁金属管或者多个相互平行设置的塑性材料薄壁金属管；所述薄壁金属管的轴向与载荷方向平行；所述阻挡栅格组件所在平面与载荷方向垂直，所述阻挡栅格组件由至少一个栅格单元拼接组成，所述栅格单元包括至少三块切割板，所述多块切割板的一端相互固定且另一端成圆周分布，且固定处形成栅格单元中心，所述缓冲单元的一端面与阻挡栅格组件接触且一个薄壁金属管对应一个栅格单元，所述阻挡栅格组件悬空设置，所述切割板的材料屈服强度大于薄壁金属管的材料屈服强度，所述切割板的轴向刚度大于薄壁金属管的轴向刚度，上述栅格单元和薄壁金属管的接触面积满足 4ση其中Stl为薄壁金属管横截面积，σ。为薄壁金属管材料的屈服应力，OuS薄壁金属管材料的最大拉伸应力。·上述薄壁金属管为多边形管或圆管。上述栅格单元包括四块切割板拼成“十字形”结构或栅格单元包括六块切割板拼成“雪花形”结构。上述切割板为薄壁金属板。上述薄壁金属管的材料为铝、钢或铜，所述薄壁金属板材料为铝、钢或铜。一种吸能装置的吸能方法，其特殊之处在于I组装吸能装置包括缓冲单元和阻挡栅格组件；所述缓冲单元为包括至少一个相互平行设置的塑性材料薄壁金属管；所述薄壁金属管的轴向与载荷方向平行；所述阻挡栅格组件所在平面与载荷方向垂直，所述阻挡栅格组件由至少一个栅格单元拼接组成，所述栅格单元包括至少三块切割板，所述切割板一端固定且圆周均布，固定处形成栅格单元中心，所述缓冲单元的一端面与阻挡栅格组件接触且一个薄壁金属管对应一个栅格单元，所述薄壁金属管的中心与栅格单元中心重合，所述阻挡栅格组件悬空设置，所述切割板的材料屈服强度大于薄壁金属管的材料屈服强度，所述切割板的轴向刚度大于薄壁金属管的轴向刚度；2加载，载荷方向与薄壁金属管的轴向平行；3切割吸能载荷直接作用在缓冲单元一端面上，此时位于缓冲单元另一端的阻挡栅格组件在载荷的作用下切割缓冲单元的薄壁金属管，薄壁金属管的破损部分从阻挡栅格组件3的间隙或边缘处挤出，直至薄壁金属管从一端切到另一端，实现对载荷的持续缓冲。上述栅格单元和薄壁金属管的接触面积满足Γ n C <Τσ0 X Sq*3 iS --, 4ση其中Stl为薄壁金属管横截面积，σ。为薄壁金属管材料的屈服应力，σ u为薄壁金属管材料的最大拉伸应力。上述薄壁金属管为多边形管或圆管，所述薄壁金属管的材料为铝、钢或铜；所述切割板为薄金属板。上述栅格单元包括四块切割板拼成“十字形”结构或栅格单元包括六块切割板拼成“雪花形”结构。本专利技术具有的有益效果有I、本专利技术采用阻挡栅格组件切割薄壁金属管吸能的方法，有效减小了载荷随位移的波动，且峰值载荷和平均载荷相近，提高了载荷效率。2、本专利技术采用阻挡栅格组件切割薄壁金属管吸能的方法，避免了传统缓冲吸能方法中，薄壁金属管屈曲后期叠加在一起导致的行程利用率较低的问题，提高了行程利用率。3、本专利技术薄壁金属管在屈曲前已发生剪切，整个吸能过程中薄壁金属管不发生折叠变形，因此在缓冲结构设计时无需考虑薄壁金属管的长径比和径厚比，简化了参数设计。4、本专利技术通过改变栅格形状、空隙率、薄壁金属管数量、薄壁金属管材料、薄壁金属管横截面形状等参数，可以有效改变缓冲装置的平均载荷、能量吸收量、行程利用率等指标，扩展了缓冲装置的应用范围。5、本专利技术的薄壁金属管在断裂过程中无径向扩张，有利于结构紧凑化设计。附图说明 图I为单个薄壁金属管和“十字形”阻挡栅格组件构成的缓冲装置侧视图；图2为单个薄壁金属管和“十字形”阻挡栅格组件构成的缓冲装置俯视图；图3为多个薄壁金属管和“十字形”阻挡栅格组件构成的缓冲装置俯视图；图4为本专利技术载荷随位移变化曲线示意图；图5为单个薄壁金属管和“雪花形”阻挡栅格组件构成的缓冲装置俯视图；其中1-重物，2-薄壁金属管，3-阻挡栅格组件，V-载荷方向。具体实施例方式实施例一如图I和图2所示，单个薄壁金属管2轴线下方设置有一只“十字形”阻挡栅格组件3，载荷沿薄壁金属管2的轴线方向施加，为了确保阻挡栅格组件3能够对薄壁金属管2切割，薄壁金属管3须选用钢、铝、铜等塑性材料，且材料屈服强度小于阻挡栅格组件3的材料屈服强度；同时在切割过程中阻挡栅格组件3本身不能弯曲变形，否则会导致切割不均匀甚至无法完成切割过程，故要求阻挡栅格组件3的轴向刚度大于薄壁金属管2的轴向刚度；此外为确保薄壁金属管发生断裂破坏而非轴向屈曲，薄壁金属管2与阻挡栅格组件3接触面积S不宜过大，应满足公式(I)的要求S <σ° S°( I) 4σ..式中，σ。为薄壁金属管材料的屈服应力；σ u为薄壁金属管材料的最大拉伸应力；S。为薄壁金属管横截面积，如圆管4 =/)04,0外为圆管的外径，D内为圆管的内径。这样以来，在轴向载荷加载初期，由于薄壁金属管2材料的屈服强度小于阻挡栅格组件3的材料屈服强度，在阻挡栅格组件的挤压作用下，薄壁金属管2与阻挡栅格组件3接触部分发生塑性变形；当载荷持续加载时，薄壁金属管3在阻挡栅格组件3的剪切作用下发生断裂破坏，阻挡栅格组件3被载荷沿轴向逐步压入薄壁金属管2，薄壁金属管2被阻挡栅格组件3切割后其破损部分从阻挡栅格组件3的间隙或边缘处挤出，实现对载荷的持续缓冲；由于阻挡栅格组件3的轴向刚度大于薄壁金属管2的轴向刚度，阻挡栅格组件3不会发生弯曲或其他变形，实现切割过程的稳定进行，同时也确保了缓冲过程的均匀性。通过增减薄壁金属管的长度和数量，可以调整行程利用率，改变装置可吸收的能量；在确保栅格强度和刚度的前提下，改变薄壁金属管和栅格的接触面积或薄壁金属管的材料就可以改变平均载荷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种载荷缓冲吸能装置，其特征在于：包括沿载荷方向依次设置的缓冲单元和阻挡栅格组件，？所述缓冲单元包括一个塑性材料薄壁金属管或者多个相互平行设置的塑性材料薄壁金属管；所述薄壁金属管的轴向与载荷方向平行；所述阻挡栅格组件所在平面与载荷方向垂直，所述阻挡栅格组件由至少一个栅格单元拼接组成，所述栅格单元包括至少三块切割板，所述多块切割板的一端相互固定且另一端成圆周分布，且固定处形成栅格单元中心，？所述缓冲单元的一端面与阻挡栅格组件接触且一个薄壁金属管对应一个栅格单元，所述阻挡栅格组件悬空设置，？所述切割板的材料屈服强度大于薄壁金属管的材料屈服强度，所述切割板的轴向刚度大于薄壁金属管的轴向刚度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐海斌，张德志，谭书舜，马艳军，梁志刚，景吉勇，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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