The invention discloses a sandwich protection structure based on gradient foam aluminum filled thin-walled tube, aiming to solve the poor design of the existing foam sandwich structure of the protective structure, and the Euler buckling and the obvious initial peak stress of the thin-walled tube filled with aluminum foam. The invention is composed of N buffering energy absorbing units, the upper panel and the lower panel; the upper panel and the lower panel are parallel to each other, n buffering energy absorbing units are clamped between the upper panel and the lower panel, the central axis OO 'of N buffering energy absorbing units 1 is perpendicular to the upper panel and the lower panel; the buffering energy absorbing unit is composed of driving thin-walled tube, expanding thin-walled tube and gradient buffer core body; the gradient buffer core body is filled with A small diameter cylinder driven by a thin-walled tube is inserted into an expansion thin-walled tube, and a gradient buffer core consists of a low density foam layer, a medium density foam layer and a high density foam layer. The invention has the advantages of simple structure, low cost, strong designability, no obvious initial peak stress and excellent impact resistance.
【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度泡沫铝填充膨胀薄壁管的夹芯防护结构
本专利技术属于一种爆炸冲击防护结构,具体涉及一种芯体为梯度泡沫铝填充膨胀薄壁管的夹芯防护结构。
技术介绍
炸药爆炸在极短的时间内瞬间将全部的化学能转化为爆炸能量,把爆炸产生的产物转为高温、高压状态,高温、高压状态的爆轰产物会迅速挤压周围的气体,形成压力巨大的冲击波。爆源周围的冲击波超压可以达到数十GPa,对人员安全造成严重威胁。军用装甲车辆经常会遭遇各种武器的爆炸性袭击,为了减小对车内人员的伤害,军用装甲车辆采用一些新结构或新技术提高军车的防爆性。传统工程设计领域中,一般通过增加军用装甲车防护结构刚度和防护层厚度,提高冲击能量吸收,以提高军用装甲车防护结构的抗冲击性能。这种方式虽然能够达到对军用车辆和内部人员的防护要求,但是最终使得军车防护结构的自重和工程造价大幅提高。新型轻质材料和结构的研究不仅能够提高军车防护结构吸能性能,达到抗冲击设计目标,而且能够降低防护结构自重、减小工程成本,有着非常重要的工程应用和科学研究价值。目前常用的轻质防护结构类型很多,主要包括泡沫铝夹芯结构、泡沫铝填充薄壁管结构、膨胀管式结构等。泡沫铝夹芯结构是由两层金属面板和中间泡沫铝芯体组成的复合结构,主要用于爆炸或冲击载荷防护。泡沫铝的强度一般比较低,实际使用的时候将泡沫铝作为夹芯结构的芯体,既充分发挥泡沫铝材料的缓冲吸能优势,又发挥金属面板的承载能力。2015年敬霖等在《力学与实践》杂志第37卷第1期发表论文《多孔金属及其夹芯结构力学性能的研究进展》,研究发现泡沫铝夹芯 ...
【技术保护点】
1.一种基于梯度泡沫铝填充膨胀薄壁管的夹芯防护结构,其特征在于基于梯度泡沫铝填充膨胀薄壁管的夹芯防护结构由N个缓冲吸能单元(1),上面板(2),下面板(3)组成;沿着笛卡尔坐标系的x方向有n个缓冲吸能单元(1),n为正整数,沿着笛卡尔坐标系的y方向有m个缓冲吸能单元(1),m为正整数,且N=m·n;上面板(2)和下面板(3)相互平行,间距为L
【技术特征摘要】
1.一种基于梯度泡沫铝填充膨胀薄壁管的夹芯防护结构,其特征在于基于梯度泡沫铝填充膨胀薄壁管的夹芯防护结构由N个缓冲吸能单元(1),上面板(2),下面板(3)组成;沿着笛卡尔坐标系的x方向有n个缓冲吸能单元(1),n为正整数,沿着笛卡尔坐标系的y方向有m个缓冲吸能单元(1),m为正整数,且N=m·n;上面板(2)和下面板(3)相互平行,间距为L0,N个缓冲吸能单元(1)夹在上面板(2)和下面板(3)之间,N个缓冲吸能单元(1)的中轴线OO’均垂直于上面板(2)和下面板(3);N个缓冲吸能单元(1)上端面平齐,盖有上面板(2),连接处粘接;N个缓冲吸能单元(1)下端面平齐,由下面板2密封,连接处粘接;N个缓冲吸能单元(1)侧面相互贴合,连接处粘接;
缓冲吸能单元(1)为圆柱形,由驱动薄壁管(11)、膨胀薄壁管(12)和梯度缓冲芯体(13)组成;缓冲吸能单元(1)的动薄壁管11上端面盖有上面板(2),缓冲吸能单元(1)膨胀薄壁管(12)下端面由下面板2密封;驱动薄壁管(11)和膨胀薄壁管(12)为圆筒形,梯度缓冲芯体(13)为圆柱形;驱动薄壁管(11)、膨胀薄壁管(12)和梯度缓冲芯体(13)的中轴线均重合于中轴线OO’;梯度缓冲芯体(13)填充于驱动薄壁管(11)的内腔,驱动薄壁管(11)的小直径圆筒(113)插入膨胀薄壁管(12),接触处采用粘接方式连接;
驱动薄壁管(11)为含空心圆台的圆筒,驱动薄壁管(11)沿中轴线OO’分成大直径圆筒(111)、空心圆台(112)和小直径圆筒(113),总长度为L1;大直径圆筒(111)外直径为D1,内直径为D2,长度为l1,壁厚为δ1=(D1-D2)/2;小直径圆筒(113)外直径为D3,内直径为D4,长度为l3;空心圆台(112)处于大直径圆筒(111)和小直径圆筒(113)之间,空心圆台(112)底部与大直径圆筒(111)相连,底部外直径等于D1,底部内直径等于D2,空心圆台(112)顶部与小直径圆筒(113)相连,顶部外直径等于D3,顶部内直径等于D4;空心圆台(112)长度为l2,空心圆台(112)的母线与中轴线OO’的夹角为θ;
膨胀薄壁管(12)为圆筒形,膨胀薄壁管(12)内直径等于D3,外直径为D5,壁厚δ2=(D5-D3)/2;
梯度缓冲芯体(13)为含圆台的圆柱状,总长度等于L1,由低密度泡沫层(131)、中密度泡沫层(132)和高密度泡沫层(133)组成;低密度泡沫层(131)、中密度泡沫层(132)和高密度泡沫层(133)同轴装配,中密度泡沫层(132)位于低密度泡沫层(131)和高密度泡沫层(133)之间,端面采用胶水粘接;低密度泡沫层(131)为圆柱体,外直径等于D2,长度为l4;中密度泡沫层(132)为圆柱形,直径等于D2,长度为l5;高密度泡沫层(133)分为圆台形部分(1331)和圆柱形部分(1332),圆台形部分(1331)在中密度泡沫层(132)和圆柱形部分(1332)之间;圆柱形部分(1332)直径等于D4,长度等于l3;圆台形部分(1331)与中密度泡沫层(132)相连的底面直径等于D2,圆台形部分(1331)与圆柱部分(1332)连接的顶面直径等于D4,圆台形部分长度等于l2,母线与中轴线的夹角等于θ;低密度泡沫层(131)、中密度泡沫层(132)和高密度泡沫层(133)的材料均为泡沫铝,满足ρ131<ρ132<ρ133;ρ131为低密度泡沫层(131)材料密度,ρ132为中密度泡沫层(132)材料密度,ρ133为高密度泡沫层(133)密度;
上面板(2)为长方...
【专利技术属性】
技术研发人员:梁民族,李翔宇,林玉亮,张克钒,卢芳云,
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学,
类型:发明
国别省市:湖南;43
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