CN101303055A - 多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器 - Google Patents

Abstract

多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，它涉及一种缓冲器。本发明的目的是为解决现有组合式缓冲器存在在缓冲的开始阶段，其冲击力很大以及不方便应用在工作空间为圆柱或类似于圆柱形的场合的问题。本发明方案一：薄壁的金属杯形外壳的杯口端与薄壁底板固定连接，多孔缓冲材料设置在薄壁的金属杯形外壳与薄壁底板之间的空间内。本发明方案二：第一薄壁的金属杯形外壳的杯口端与第二薄壁的金属杯形外壳的杯口端固定连接，多孔缓冲材料设置在第一薄壁的金属杯形外壳与第二薄壁的金属杯形外壳之间的空间内。本发明当输入外部冲击力时，薄壁杯形结构、多孔缓冲材料同时起作用，通过塑性屈曲和坍塌来吸收冲击能量，可用于汽车及高速列车领域中。

Description

多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器

技术领域

本发明涉及一种缓冲器。

背景技术

薄壁金属圆柱管是传统的吸能结构，也是应用最广泛的缓冲吸能结构之一，但是薄壁金属圆柱管作为缓冲器在冲击过程中，其载荷波动较大，使被保护对象会受到不平稳的冲击载荷，且单位体积内吸收的能量较小。铝蜂窝及泡沫铝缓冲器在结构耐撞性等领域具有广泛的应用。铝蜂窝及泡沫铝缓冲器存在比吸能相对较小的问题，不利于缓冲器的轻量化及小型化设计。

于是，在此基础上，诞生了用铝蜂窝及泡沫铝等多孔材料填充在薄壁结构的组合式缓冲器，主要有铝蜂窝及泡沫铝等多孔材料填充在薄壁金属圆柱管中和铝蜂窝及泡沫铝等多孔材料填充在帽形薄壁结构中两种形式，通过组合，多孔材料和薄壁结构在缓冲过程中能够同时工作，另外，多孔材料与薄壁结构之间存在相互作用效应，使得这两类组合式缓冲器的缓冲吸能能力得到了大大的提高，但是，对于铝蜂窝及泡沫铝等多孔材料填充在薄壁圆柱管的组合式缓冲器，其缺点是在缓冲的开始阶段，其冲击力很大，而过了这一阶段，缓冲力将趋于平稳。而对于将泡沫铝等多孔材料填充在帽形薄壁结构中的组合式缓冲器，它不方便应用在工作空间为圆柱或类似于圆柱形的场合，因此，它不利于这两类组合式缓冲器的推广。

发明内容

本发明的目的是为解决现有组合式缓冲器存在在缓冲的开始阶段，其冲击力很大以及不方便应用在工作空间为圆柱或类似于圆柱形的场合的问题，提供一种多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器。本发明的第一种技术方案由薄壁的金属杯形(薄壁的概念为金属杯形结构的壁厚小于金属杯形结构平均直径的1/20，以下的薄壁结构的意义相同)外壳、多孔缓冲材料芯和薄壁板组成，薄壁的金属杯形外壳的杯口端与薄壁板固定连接，多孔缓冲材料芯设置在薄壁的金属杯形外壳与薄壁板之间的空间内。(第一种技术方案称为“单杯形”)

本发明的第二种技术方案由第一薄壁的金属杯形外壳、多孔缓冲材料芯体和第二薄壁的金属杯形外壳组成，第一薄壁的金属杯形外壳的杯口端与第二薄壁的金属杯形外壳的杯口端固定连接，多孔缓冲材料芯体设置在第一薄壁的金属杯形外壳与第二薄壁的金属杯形外壳之间的空间内。(第二种技术方案称为“双杯形”)

本发明多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，当输入外部冲击力时，薄壁杯形结构、多孔缓冲材料将同时起作用，通过塑性屈曲和坍塌来吸收冲击能量，另外，由于薄壁杯形结构与多孔缓冲材料之间的相互作用效应，使得该缓冲器的吸能能力得到了大大的提高。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器具有单位体积吸收能量大、单位质量吸收的能量大(比吸能大)的优点，有利于缓冲器的轻量化设计及小型化设计。

2、由于该多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器的所有构件均采用金属材料，使得该缓冲器能够很好地适应不同的环境温度，扩大了该缓冲器的使用范围。

3、本发明多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器的截面为圆形的结构形式，而腿式着陆器的着陆腿为圆柱形，在满足冲击力的条件下，使得该缓冲器可以方便地填充在腿式着陆器中以吸收着陆时的冲击能量。

4、应用范围广。该缓冲器可应用在汽车安全及高速列车的结构耐撞性领域中，还可以应用在腿式航天着陆器领域，以便成功实现腿式航天着陆器在所探测星球表面的软着陆。

附图说明

图1是本发明第一种技术方案的整体结构示意图，图2是图1的A向视图，图3是薄壁的金属杯形外壳1和薄壁板3的连接结构示意图，图4是第一种技术方案中多孔缓冲材料芯2的结构示意图，图5是本发明第二种技术方案的整体结构示意图，图6是图5的B向视图，图7是第一薄壁的金属杯形外壳4和第二薄壁的金属杯形外壳6的连接结构示意图，图8是第二种技术方案中多孔缓冲材料芯体5的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1～图4)本实施方式由薄壁的金属杯形外壳1、多孔缓冲材料芯2和薄壁板3组成，薄壁的金属杯形外壳1的杯口端与薄壁板3固定连接，多孔缓冲材料芯2设置在薄壁的金属杯形外壳1与薄壁板3之间的空间内。

具体实施方式二：(参见图1、图3)本实施方式薄壁的金属杯形外壳1的杯底部转角处为外圆角形1-1。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：(参见图1、图3)本实施方式薄壁的金属杯形外壳1的杯沿部转角处为内圆角形1-2。其它与具体实施方式二相同。

杯形结构的边沿及底部转角处采用倒圆角的结构，可以使该组合式缓冲器在缓冲的初始阶段能够消除很大的峰值力，使得冲击力更加平稳，从而使被保护对象能够得到更加有效的保护。

具体实施方式四：(参见图1、图4)本实施方式的多孔缓冲材料芯2为金属蜂窝材料或泡沫金属材料(如铝蜂窝或泡沫铝)制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：(参见图5～图8)本实施方式由第一薄壁的金属杯形外壳4、多孔缓冲材料芯体5和第二薄壁的金属杯形外壳6组成，第一薄壁的金属杯形外壳4的杯口端与第二薄壁的金属杯形外壳6的杯口端固定连接，多孔缓冲材料芯体5设置在第一薄壁的金属杯形外壳4与第二薄壁的金属杯形外壳6之间的空间内。

具体实施方式六：(参见图5、图7)本实施方式第一薄壁的金属杯形外壳4的杯底部转角处为外圆角形4-1。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：(参见图5、图7)本实施方式第一薄壁的金属杯形外壳4的杯沿部转角处为内圆角形4-2。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：(参见图5、图7)本实施方式第二薄壁的金属杯形外壳6的杯底部转角处为外圆角形6-1。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：(参见图5、图7)本实施方式第二薄壁的金属杯形外壳6的杯沿部转角处为外圆角形6-2。其它与具体实施方式八相同。

杯形结构的边沿及底部转角处采用倒圆角的结构，可以使该组合式缓冲器在缓冲的初始阶段能够消除很大的峰值力，使得冲击力更加平稳，从而使被保护对象能够得到更加有效的保护。

具体实施方式十、(参见图5、图8)本实施方式的多孔缓冲材料芯体5为金属蜂窝材料或泡沫金属材料(如铝蜂窝或泡沫铝)制成。其它与具体实施方式五相同。

工作原理：对于多孔材料填充单杯形薄壁结构的组合式缓冲器，当外部输入冲击载荷超过某一阈值时，缓冲器开始发生作用：(1)单杯形薄壁结构在冲击载荷的作用下发生塑性屈曲从而吸收冲击能量；(2)多孔材料(金属蜂窝材料或泡沫金属材料)在冲击载荷的作用下发生塑性屈曲及坍塌从而吸收冲击能量；(3)单杯形薄壁结构与多孔材料的相互作用效应吸收来自于冲击的能量。

同理，对于多孔材料填充双杯形薄壁结构的组合式缓冲器，当外部输入冲击载荷超过某一阈值时，缓冲器开始工作，能量的吸收主要来自于以下三个方面：(1)双杯形薄壁结构在冲击载荷的作用下发生塑性屈曲从而吸收冲击能量；(2)多孔材料(金属蜂窝材料或泡沫金属材料)在冲击载荷的作用下发生塑性屈曲及坍塌从而吸收冲击能量；(3)双杯形薄壁结构与多孔材料的相互作用效应吸收来自于冲击的能量。多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，因为在垂直于输入载荷的方向，其截面为一变化的圆形结构，在缓冲器缓冲过程的初始阶段，避免了产生过大峰值载荷情况的出现，使得该组合式缓冲器在冲击过程中，其载荷波动小，使被保护对象可以得到更加有效的保护。多孔材料填充双杯形薄壁结构的组合式缓冲器实现了在相同体积吸收更多冲击能量的目的，同时，可以使缓冲以后的冲击力更加平稳，另外，组成缓冲器的所有构件均为金属材料，使得该缓冲器具有良好的适应环境温度的能力。

Claims (10)

1、一种多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，它由薄壁的金属杯形外壳(1)、多孔缓冲材料芯(2)和薄壁板(3)组成，其特征在于：薄壁的金属杯形外壳(1)的杯口端与薄壁板(3)固定连接，多孔缓冲材料芯(2)设置在薄壁的金属杯形外壳(1)与薄壁板(3)之间的空间内。

2、根据权利要求1所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：薄壁的金属杯形外壳(1)的杯底部转角处为外圆角形(1-1)。

3、根据权利要求2所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：薄壁的金属杯形外壳(1)的杯沿部转角处为内圆角形(1-2)。

4、根据权利要求3所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：多孔缓冲材料芯(2)为金属蜂窝材料或泡沫金属材料制成。

5、一种多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，它由第一薄壁的金属杯形外壳(4)、多孔缓冲材料芯体(5)和第二薄壁的金属杯形外壳(6)组成，其特征在于：第一薄壁的金属杯形外壳(4)的杯口端与第二薄壁的金属杯形外壳(6)的杯口端固定连接，多孔缓冲材料芯体(5)设置在第一薄壁的金属杯形外壳(4)与第二薄壁的金属杯形外壳(6)之间的空间内。

6、根据权利要求5所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：第一薄壁的金属杯形外壳(4)的杯底部转角处为外圆角形(4-1)。

7、根据权利要求6所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：第一薄壁的金属杯形外壳(4)的杯沿部转角处为内圆角形(4-2)。

8、根据权利要求7所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：第二薄壁的金属杯形外壳(6)的杯底部转角处为外圆角形(6-1)。

9、根据权利要求8所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：第二薄壁的金属杯形外壳(6)的杯沿部转角处为外圆角形(6-2)。

10、根据权利要求9所述的多孔材料填充杯形薄壁结构的组合式缓冲器，其特征在于：多孔缓冲材料芯体(5)为金属蜂窝材料或泡沫金属材料制成。

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