一种蜂窝能量吸收结构及吸收结构制备方法技术

一种蜂窝能量吸收结构及吸收结构制备方法，本发明专利技术涉及能量吸收结构及吸收结构制备方法，本发明专利技术为了解决现有简单吸能结构局限于单一方向设计，不能够适应方向变化的冲击条件，复杂吸能结构增加了工艺制作流程的难度，降低了单位质量的能量吸收能力，它包括多个吸能组件，多个吸能组件并排平行设置组成蜂窝能量吸收结构，所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一：通过线切割技术对铝合金或不锈钢金属板进行切割，步骤二：将步骤一中切割的板材和环形管体依次进行清洗、除油渍和除锈处理；步骤三：将‘十’字交叉板焊接在圆环体的内侧壁上，制得吸能组件；步骤四：将步骤三中制得的多个吸能组件呈长方形排列设置，本发明专利技术用于能量吸收结构领域中。

A honeycomb energy absorption structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝能量吸收结构及吸收结构制备方法
本专利技术涉及能量吸收结构及吸收结构制备方法，特别涉及一种蜂窝能量吸收结构及吸收结构制备方法。
技术介绍
能量吸收结构，凭借轻质、比强度高、比刚度高、具有微结构弹塑性屈曲的平台变形特性和高能量吸收性能、简单的工业制作流程等优势，是常见的安全防护装置，广泛应用于航空航天、车辆工程、海洋工程等大型工业工程领域中，避免了冲击碰撞事故的发生，减少或降低了人员伤亡和财产损失。目前，蜂窝能量吸收单胞结构由简单的四边形、六边形和圆环发展到复杂的旋转四边形和手性结构。这些结构虽然能够控制泊松比，但降低了单位质量的能量吸收能力。结构复杂的吸能结构增加了工艺制作流程的难度。另外，采用简单吸能结构开展梯度设计，往往局限于单一方向，不能够适应方向变化的冲击条件。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有简单吸能结构局限于单一方向设计，不能够适应方向变化的冲击条件，复杂吸能结构增加了工艺制作流程的难度，降低了单位质量的能量吸收能力，进而提供一种蜂窝能量吸收结构及吸收结构制备方法，本专利技术为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括多个吸能组件，每个吸能组件包括圆环体和‘十’字交叉板；‘十’字交叉板固定安装在圆环体的内侧壁上，多个吸能组件并排平行设置组成蜂窝能量吸收结构，且任意相邻两个圆环体固定连接。所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一：通过线切割技术对铝合金或不锈钢金属板进行切割，并通过机床对金属圆管进行切割；步骤二：将步骤一中切割的板材和环形管体依次进行清洗、除油渍和除锈处理；步骤三：将步骤二中除锈处理后的板材进行焊接制成‘十’字交叉板并将‘十’字交叉板焊接在圆环体的内侧壁上，制得吸能组件；步骤四：将步骤三中制得的多个吸能组件呈长方形排列设置，且任意相邻两个圆环体外侧壁接触处焊接固定，进而得到蜂窝能量吸收结构。本专利技术的有益效果：1、选择‘十’字交叉板2和圆环体1这样的简单结构组成吸能组件，简化了工业制作流程，并能够适应极端、复杂的工作条件。2、通过将‘十’字交叉板2安装在圆环体1内组成吸能组件，通过安装在一起的多个吸能组件提供了一种零泊松比能量吸收蜂窝结构，避免了传统能量吸收结构在受单方向压缩时，垂直方向发生膨胀的变形，造成额外损伤。3、通过将‘十’字交叉板2安装在圆环体1内组成吸能组件，大幅度提高了蜂窝结构的单胞刚度，能够更充分的抵御冲击压缩变形。4、通过将‘十’字交叉板2安装在圆环体1内组成吸能组件，大幅度提高了蜂窝结构的平台承压能力，兼顾功能特性的同时优化了结构的力学特性。5、通过将‘十’字交叉板2安装在圆环体1内组成吸能组件，大幅度提高了蜂窝结构的能量吸收能力，能够更好的防止被保护结构遭受损伤。6、通过控制‘十’字交叉板2的厚度，能够同时在水平和竖直两个正交方向上开展密度梯度设计，适应可变的冲击方向条件，具备一定的自适应特性。附图说明图1是本申请呈长方形排列整体结构示意图。图2是吸能组件的主视图。图3是本申请的蜂窝能量吸收结构和传统圆环能量吸收结构的能量吸收对比曲线图，图中横坐标为名义应变，纵坐标为单位质量吸收能量,单位为J/g，图中a代表本申请的蜂窝能量吸收结构吸收的能量，b代表传动圆环能量吸收结构吸收的能量。图4是图1中成长方形排列蜂窝能量吸收结构在压缩过程中左右两侧不会产生膨胀的零泊松比结构变形图。图5是现有能量吸收结构的梯度设计。图6是基于本申请的蜂窝能量吸收结构可进一步开展的自适应密度梯度蜂窝能量吸收结构。通过改变蜂窝能量吸收结构的吸能组件中‘十’字交叉板2的厚度，实现双向密度梯度设计。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图4和图6说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构，它包括多个吸能组件，每个吸能组件包括圆环体1和‘十’字交叉板2；‘十’字交叉板2固定安装在圆环体1的内侧壁上，多个吸能组件并排平行设置组成蜂窝能量吸收结构，且任意相邻两个圆环体1固定连接。具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构，圆环体1和‘十’字交叉板2均为金属材料制成，其它方法与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构，圆环体1沿轴向方向的长度与‘十’字交叉板2沿长度方向的长度相等。其它方法与具体实施方式一相同。具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构，圆环体1的外径尺寸为5mm-20mm，圆环体1沿轴向方向的长度尺寸为圆环体1外径尺寸的10％-20％。其它方法与具体实施方式一相同。具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构，圆环体1的壁厚尺寸为圆环体1外径尺寸的2％-20％，每个‘十’字交叉板2上的横板宽度尺寸与竖版宽度尺寸相等，其它方法与具体实施方式四相同。具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构，每个吸能组件上‘十’字交叉板2的四个侧面连接端与圆环体1的内侧壁固定连接。且‘十’字交叉板2与圆环体1焊接固定，其它方法与具体实施方式二相同。具体实施方式七：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构的制备方法，步骤一：通过线切割技术对铝合金或不锈钢金属板进行切割，并通过机床对金属圆管进行切割；步骤二：将步骤一中切割的板材和环形管体依次进行清洗、除油渍和除锈处理；步骤三：将步骤二中除锈处理后的板材进行焊接制成‘十’字交叉板2并将‘十’字交叉板2焊接在圆环体1的内侧壁上，制得吸能组件；步骤四：将步骤三中制得的多个吸能组件呈长方形排列设置，且任意相邻两个圆环体1外侧壁接触处焊接固定，进而得到蜂窝能量吸收结构。具体实施方式八：结合图1、图4和图6说明本实施方式，本实施方式所述一种蜂窝能量吸收结构的制备方法，步骤三中每个吸能组件中‘十’字交叉板2与圆环体1是通过钎焊或激光焊焊接固定，步骤四中两个圆环体1外侧壁接触处焊接固定是通过钎焊或激光焊焊接固定，其它方法与具体实施方式七相同。具体实施方式九：以图5空心管蜂窝能量吸收结构图为例，密度定义为实体质量比上总体积。同一结构类型的蜂窝能量吸收结构，在密度一定时，能量吸收能力一定。可以通过改变局部的密度大小，设计成密度梯度。如图5，可将模型分成3个部分，通过改变圆环的外径，上面的密度小，下面的密度大，自上向下形成密度梯度设计。密度梯度设计能够在满足总能量吸收大小的同时增益力学性能，实现前期吸收能量多和被保护端承受载荷低的功能特性。但传统的梯度设计只能沿一个方向，不能满足变化的冲击方向，冲击不一定永远沿着模型中从上到下的方向。当冲击方向自左向右时，图5中模型自左向右的密度是均匀的，密度梯度设计失去效应。因此图6中本申请开展双向正交密度梯度设计。通过改变水平方向和竖直方向的板厚实现密度梯度设计。无论冲击沿哪个方向，模型沿冲击方向都存在密度梯度设计。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂窝能量吸收结构，其特征在于：它包括多个吸能组件，每个吸能组件包括圆环体(1)和‘十’字交叉板(2)；‘十’字交叉板(2)固定安装在圆环体(1)的内侧壁上，多个吸能组件并排平行设置组成蜂窝能量吸收结构，且任意相邻两个圆环体(1)固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝能量吸收结构，其特征在于：它包括多个吸能组件，每个吸能组件包括圆环体(1)和‘十’字交叉板(2)；‘十’字交叉板(2)固定安装在圆环体(1)的内侧壁上，多个吸能组件并排平行设置组成蜂窝能量吸收结构，且任意相邻两个圆环体(1)固定连接。2.根据权利要求1所述一种蜂窝能量吸收结构，其特征在于：圆环体(1)和‘十’字交叉板(2)均为金属材料制成。3.根据权利要求1所述一种蜂窝能量吸收结构，其特征在于：圆环体(1)沿轴向方向的长度与‘十’字交叉板(2)沿长度方向的长度相等。4.根据权利要求1所述一种蜂窝能量吸收结构，其特征在于：圆环体(1)的外径尺寸为5mm-20mm，圆环体(1)沿轴向方向的长度尺寸为圆环体(1)外径尺寸的10％-20％。5.根据权利要求4所述一种蜂窝能量吸收结构，其特征在于：圆环体(1)的壁厚尺寸为圆环体(1)外径尺寸的2％-20％，每个‘十’字交叉板(2)上的横板宽度尺寸与竖版宽度尺寸相等。6.根据权利要求1所述一种蜂...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鹤翔，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23