一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管及其设计方法，包括薄壁管本体，薄壁管本体由多个自上而下依次首尾固定连接的单元体组成，每个所述单元体均包括固定连接的管和节，所述节固定在所述管的底部，所述管的壁厚大于所述节的壁厚。本发明专利技术技术方案金属管和相连接的节的厚度上不一致，金属管的厚度要大于连接的节的厚度，能够做到在受到弯曲载荷的时候相比于传统的相同厚度的金属管具有更好的抗弯强度，在受到相同载荷时不易变形弯曲，而且此结构在受到压缩时具有负泊松比效应，能够在受到压缩载荷的时候金属管纵向变短的同时横向也发生收缩，也更加容易发生致密化，相比于平常的金属管具有更好吸能效果。相比于平常的金属管具有更好吸能效果。相比于平常的金属管具有更好吸能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管及其设计方法


[0001]本专利技术涉及金属薄壁吸能管
，尤其是涉及一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管及其设计方法。

技术介绍

[0002]金属薄壁管具有结构简单，制造成本低，轴向压缩波动较小等诸多特点，可作为缓冲吸能装置的吸能元件。作为典型的薄壁金属结构薄壁管的吸能形式主要有三种：第一种是通过管壁的撕裂变形吸收能量；第二种是通过轴向压溃产生塑性变形吸收能量；第三种是通过胀管的形式吸收能量。其中撕裂吸能不易控制，且载荷值较高；胀管式薄壁管相较其余两种吸能器，吸收相同能量时，重量较大，不利于安装使用；轴向压溃吸能产生的变形量最大，压缩时发生稳定的叠缩屈曲，以可控的方式吸收更多的能量。
[0003]缓冲吸能器的吸能量越大，吸能效率越高，缓冲力越平稳，初始峰值载荷越小，越能最大限度的起到保护作用吸能特性是防护领域的重要研究方向，如何采取破坏，塑形变形等方式散耗撞击能量，降低冲击载荷，使撞击过程更加的平稳，成为评价吸能结构耐撞性能是否良好的标杆。
[0004]为了得到良好的耐撞性能，布置吸能元件成为主要解决方法。负泊松比超材料不仅拥有独特的力学性能，还有优良的吸能效果而著名。因此，设计更具抗弯强度的能够通过轴向压溃进行吸能的具有负泊松比效应的金属薄壁管是非常有必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管及其设计方法，将金属薄壁管做成能够特定的形状，使其具有负泊松比效应，能够在变形的同时实现负泊松比效果，相比于传统的金属薄壁管将会有更好的吸能效果以及更好的比吸能。
[0006]根据本专利技术的一个目的，本专利技术提供一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，包括薄壁管本体，薄壁管本体由多个自上而下依次首尾固定连接的单元体组成，每个所述单元体均包括固定连接的管和节，所述节固定在所述管的底部，所述管的壁厚大于所述节的壁厚。
[0007]进一步地，所述薄壁管本体为曲线绕中心轴形成的曲面旋转体结构。
[0008]进一步地，每个所述单元体的高度相同。
[0009]进一步地，所述管和所述节为一体成型结构。
[0010]进一步地，所述薄壁管本体为关于中心轴呈轴对称的结构。
[0011]进一步地，所述管和所述节采用金属材料制成。
[0012]进一步地，所述薄壁管本体由七个所述单元体在竖直方向上阵列排布连接而成。
[0013]进一步地，所述薄壁管本体的上端面和下端面的直径相同。
[0014]根据本专利技术的另一个目的，本专利技术提供上述具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管的设计方法，包括如下步骤：
[0015]S1，确定薄壁管本体的上端面和下端面之间的距离L，将y轴作为薄壁管本体的中心轴；
[0016]S2，将上视基准面作为与上端面重合的参考面一，在参考面一中画一个以中心轴为圆心的半径为r1的圆；在y轴负方向上距离参考面一L/2位置处取平行于基准面一的面为参考面二，在参考面二上画一个以中心轴为圆心的半径为r2的圆，且r2＜r1，在y轴负方向上距离参考面二距离L/2的位置选择平行于参考面二的平面作为参考面三，在参考面三上的草图为一个半径r1的圆；
[0017]S3，薄壁管本体侧面曲面的曲线是由三点圆弧画出，第一个点为参考面一中圆的最右边的端点，第二个点为参考面二中的圆的最右边的端点，第三个点为参考面三中圆的最右边的端点；将三个参考面中的三个点用三点圆弧命令用曲线连接起来，然后将曲线围绕y轴旋转而形成相应的曲面；
[0018]S4，创建曲面之后，用剪裁曲面命令将所创建的曲面旋转体剪裁成多个单元体，多个单元体为相同的高度，剪裁成多个单元体之后，将单元体剪裁为管与节两部分；
[0019]S5，将曲面建立并进行剪裁之后，将相应的曲面加厚相应的厚度，管的厚度大于节的厚度，建模完成。
[0020]进一步地，S4中，剪裁成的单元体的数量为7个。
[0021]本专利技术技术方案金属管和相连接的节的厚度上不一致，金属管的厚度要大于连接的节的厚度，能够做到在受到弯曲载荷的时候相比于传统的相同厚度的金属管具有更好的抗弯强度，在受到相同载荷时不易变形弯曲，而且此结构在受到压缩时具有负泊松比效应，能够在受到压缩载荷的时候金属管纵向变短的同时横向也发生收缩，也更加容易发生致密化，相比于平常的金属管具有更好吸能效果。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0023]图1为本专利技术实施例的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例的正视图；
[0025]图3为本专利技术实施例的俯视图；
[0026]图4为本专利技术实施例单元体的结构示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例单元体的俯视图；
[0028]图6为本专利技术实施例单元体的正视图；
[0029]图7为本专利技术实施例薄壁管本体的曲面未裁剪图。
[0030]图中：1、壁管本体；2、单元体；3、管；4、节。
具体实施方式
[0031]下面将结合实施例对本专利技术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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技
术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0034]实施例1
[0035]如图1
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图7所示，
[0036]一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，包括薄壁管本体，薄壁管本体由多个自上而下依次首尾固定连接的单元体组成，每个所述单元体均包括固定连接的管和节，所述节固定在所述管的底部，所述管的壁厚大于所述节的壁厚。2.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，所述薄壁管本体为曲线绕中心轴形成的曲面旋转体结构。3.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，每个所述单元体的高度相同。4.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，所述管和所述节为一体成型结构。5.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，所述薄壁管本体为关于中心轴呈轴对称的结构。6.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，所述管和所述节采用金属材料制成。7.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，所述薄壁管本体由七个所述单元体在竖直方向上阵列排布连接而成。8.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管，其特征在于，所述薄壁管本体的上端面和下端面的直径相同。9.根据权利要求1
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8任一所述的具有负泊松比效应的金属吸能薄壁管的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方义，汪涛，张强，王子杰，陈远文，曾荣，朱大昌，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：