CN104986136A - 一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，包括本体（1）、孔组和边缘包覆面（5），多个孔组设置在本体（1）上，孔组的轴线垂直于本体（1）的表面，边缘包覆面（5）设置于本体（1）的侧面上；所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；孔组在本体（1）上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离。本发明的优点是：在不改变原材料的情况下，通过改变板材的结构，增加板材的韧性和缓冲能力，并使其轻量化。

Description

一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构
技术领域
本发明涉及一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构。
背景技术
防护用品，是指保护人在进行某种动作时的人身安全与健康的一种防御性装配，对于减少外界冲击力危害起着相当重要的作用。防护用品在各种领域中均能使用到，比如，直接包覆在人身体上的保护结构、铺设在路面的橡胶跑道、安装在车身前侧的保险杠等等。这些防护用品通常是根据可能存在的冲击力选择对应的材料，并设计相适应的结构对不同的保护对象进行保护。现在的运动防护用品都是采用厚或薄的大片、大块或宽条状的海绵、毛毡、泡沫塑料、橡胶等材料作为缓冲防护层，这些运动防护用品都存在如下的问题：为了更大强度的冲击力，需要将缓冲层加厚，但却使得运动防护用品的柔韧灵活性能大大降低，极大地影响妨碍了关节部位的灵活性，而将缓冲层变薄以改善运动防护用品的灵活性能，但抗冲击力性能却又大大地降低，这一矛盾，从增减材料用量这方面始终无法得到完美的解决方案。汽车保险杠是吸收和减缓外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。许多年以前汽车前后保险杠是用钢板冲压成槽钢，与车架纵梁铆接或焊接在一起的，与车身有一段较大的间隙，看上去十分不美观。随着汽车工业的发展和工程塑料在汽车工业的大量应用，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路。今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。轿车的前后保险杠都是塑料制成的，人们称为塑料保险杠。一般汽车的塑料保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成，其中外板和缓冲材料用塑料制成，缓冲材料的缓冲能力有限，同样受到厚度限制，无法最大限度的发挥缓冲性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种对外界冲击力吸收率高和材料消耗少的可增加材料韧性和缓冲能力的结构。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，它包括本体、孔组和边缘包覆面，所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体上，孔组的轴线垂直于本体的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面设置于本体的侧面上；所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；孔组在本体上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离。
所述的孔组包括孔洞单元A、孔洞单元B和孔洞单元C。
所述的孔洞单元A和孔洞单元C的横截面为正六边形结构，孔洞单元B的横截面为圆形结构，且孔洞单元A和孔洞单元C间隔均匀地分布于以孔洞单元B为圆心的同一圆周上，且相邻的孔洞单元A和孔洞单元C之间的相位角为60°。
所述的孔洞单元A的横截面为六角星形结构，孔洞单元B的横截面为两侧具有内凹面的长方形结构，孔洞单元C为三角形结构，且六个孔洞单元B均匀地分布于以孔洞单元A为圆心的同一圆周上，六个孔洞单元C均匀地分布于以孔洞单元A为圆心的同一圆周上，孔洞单元C位于孔洞单元B的外侧。
所述的孔洞单元A和孔洞单元B的横截面均为扇形结构，孔洞单元C的横截面为三角形结构，六个孔洞单元A间隔均匀设置，且孔洞单元A的圆弧边位于同一圆周上；六个孔洞单元B分别设置于相邻两个孔洞单元A之间，且孔洞单元B的圆弧边位于同一圆周上；孔洞单元C设置于孔洞单元A的外侧。
本发明具有以下优点：
1、在不改变原材料的情况下，通过改变板材的结构，在普通弹性材料制成的板材上设置孔组，孔组由不同形状的孔构成，各孔之间规律排布，在受到外力冲击时，各孔变形，以吸收外力冲击，从而增加板材的韧性和缓冲能力，对外界冲击力吸收率高，相比于通过采用新材料来增加板材的韧性和缓冲能力的成本更低。
2、在弹性材料制成的板材上设置孔组，大大的减小了板材的重量，使得板材更轻量化。
3、在弹性材料制成的板材上设置孔组，虽然相比于不设置孔组的板材强度更低，但是本发明的强度降低所带来的负面效果远小于本发明的韧性和缓冲能力增加所带来的正面效果。
附图说明
图1为本发明第一种实施例的结构示意图；
图2为第一种实施例中孔组的结构示意图；
图3为第一种实施例中孔组循环的结构示意图；
图4为本发明第二种实施例的结构示意图；
图5为第二种实施例中孔组的结构示意图；
图6为第二种实施例中孔组循环的结构示意图；
图7为本发明第三种实施例的结构示意图；
图8为第三种实施例中孔组的结构示意图；
图9为第三种实施例中孔组循环的结构示意图；
图10为本发明第四种实施例的结构示意图；
图11为第四种实施例中孔组的结构示意图；
图12为第四种实施例中孔组循环的结构示意图；
图13为本发明第五种实施例的结构示意图；
图14为第五种实施例中孔组的结构示意图；
图15为第五种实施例中孔组循环的结构示意图
图中：1-本体，2-孔洞单元A，3-孔洞单元B，4-孔洞单元C，5-边缘包覆面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
【实施例1】：
如图1所示，一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，它包括本体1、孔组和边缘包覆面5，所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体1上，孔组的轴线垂直于本体1的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面5设置于本体1的侧面上；如图2所示，所述的孔组包括孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4，所述的孔洞单元A2和孔洞单元C4的横截面为正六边形结构，孔洞单元B3的横截面为圆形结构，且孔洞单元A2和孔洞单元C4间隔均匀地分布于以孔洞单元B3为圆心的同一圆周上，且相邻的孔洞单元A2和孔洞单元C4之间的相位角为60°，所述的孔洞单元A2的横截面面积大于孔洞单元B3的横截面面积，孔洞单元B3的横截面面积大于孔洞单元C4的横截面面积，所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；如图3所示，孔组在本体1上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，即孔洞单元A2的圆心为起始点，向六个方向平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离，即孔洞单元A2的圆心到孔洞单元B3或孔洞单元C4的中心的距离，在本实施例中，
【实施例2】：
如图4所示，一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，它包括本体1、孔组和边缘包覆面5，所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体1上，孔组的轴线垂直于本体1的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面5设置于本体1的侧面上；如图5所示，所述的孔组包括孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4，所述的孔洞单元A2和孔洞单元C4的横截面为正六边形结构，孔洞单元B3的横截面为圆形结构，且孔洞单元A2和孔洞单元C4间隔均匀地分布于以孔洞单元B3为圆心的同一圆周上，且相邻的孔洞单元A2和孔洞单元C4之间的相位角为60°，所述的孔洞单元A2的横截面面积等于孔洞单元B3的横截面面积，孔洞单元B3的横截面面积大于孔洞单元C4的横截面面积，所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；如图6所示，孔组在本体1上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，即孔洞单元A2的圆心为起始点，向六个方向平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离，即孔洞单元A2的圆心到孔洞单元B3或孔洞单元C4的中心的距离，在本实施例中，
【实施例3】：
如图7所示，一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，它包括本体1、孔组和边缘包覆面5，所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体1上，孔组的轴线垂直于本体1的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面5设置于本体1的侧面上；如图8所示，所述的孔组包括孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4，所述的孔洞单元A2和孔洞单元C4的横截面为正六边形结构，孔洞单元B3的横截面为圆形结构，且孔洞单元A2和孔洞单元C4间隔均匀地分布于以孔洞单元B3为圆心的同一圆周上，且相邻的孔洞单元A2和孔洞单元C4之间的相位角为60°，所述的孔洞单元A2的横截面面积等于孔洞单元C4的横截面面积，孔洞单元B3的横截面面积大于孔洞单元C4的横截面面积，所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；如图9所示，孔组在本体1上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，即孔洞单元A2的圆心为起始点，向六个方向平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离，即孔洞单元A2的圆心到孔洞单元B3或孔洞单元C4的中心的距离，在本实施例中，
针对上述三个实施例的不同结构，分别对每种结构生产出合成材料跑道面层，采用冲击吸收测试仪检测合成材料跑道面层的冲击吸收性能，其中，合成材料跑道面层的厚度尺寸相同。
检测不同对象的冲击吸收性能方法为：将合成材料跑道面层放在检测装置下方，利用重物掉落在该合成材料跑道面层上，并通过压力传感器记录撞击时的最高压力为Fs，利用重物掉落在坚硬的地面上，并检测其撞击时的最高压力为Fc。
计算冲击吸收性能的公式为：
冲击吸收率＝(1-Fs/Fc)×100％；
式中：
Fs为在合成材料表面的测试度数，单位为牛顿(N)；
FC为在混凝土表面的测试度数，单位为牛顿(N)；
经过上述检测方法和检测公式，采用厚度为1.5mm的合成材料跑道面层分别作出上述结构，可以得到如下实验数据：
从上述实验可以看出，常规合成材料跑道面层的对冲击力吸收率均不及实施例1、实施例2或实施例3，而且常规合成材料跑道面层由于没有孔洞循环单元5，其重量还比实施例1、实施例2或实施例3更重，也就是说常规合成材料跑道面层相比于实施例1、实施例2或实施例3更耗材料。综前所述，常规合成材料跑道面层无论是从消耗材料方面来看，还是从对冲击力的吸收率方面来看，均不及本方案。
【实施例4】：
如图10所示，一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，它包括本体1、孔组和边缘包覆面5，所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体1上，孔组的轴线垂直于本体1的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面5设置于本体1的侧面上；如图11所示，所述的孔组包括孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4，所述的孔洞单元A2的横截面为六角星形结构，孔洞单元B3的横截面为两侧具有内凹面的长方形结构，孔洞单元C4为三角形结构，且六个孔洞单元B3均匀地分布于以孔洞单元A2为圆心的同一圆周上，六个孔洞单元C4均匀地分布于以孔洞单元A2为圆心的同一圆周上，孔洞单元C4位于孔洞单元B3的外侧，所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；如图12所示，孔组在本体1上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，即孔洞单元A2的中心为起始点，向六个方向平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离，即孔洞单元A2的圆心到孔洞单元C4的中心的距离，在本实施例中，
【实施例5】：
如图13所示，一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，它包括本体1、孔组和边缘包覆面5，所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体1上，孔组的轴线垂直于本体1的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面5设置于本体1的侧面上；如图14所示，所述的孔组包括孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4，所述的孔洞单元A2和孔洞单元B3的横截面均为扇形结构，孔洞单元C4的横截面为三角形结构，六个孔洞单元A2间隔均匀设置，且孔洞单元A2的圆弧边位于同一圆周上；六个孔洞单元B3分别设置于相邻两个孔洞单元A2之间，且孔洞单元B3的圆弧边位于同一圆周上；孔洞单元C4设置于孔洞单元A2的外侧，所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；如图15所示，孔组在本体1上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，即孔洞单元A2扇形边的圆心为起始点，向六个方向平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离，即孔洞单元A2扇形边的圆心到孔洞单元C4的中心的距离，在本实施例中，R<L<2R。
由实施例4和实施例5，想表达的意思是，对于孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4的形状和形式并不局限于单孔或规则的孔式结构，孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4可分别为不同形状的多边形结构，也可由多个小孔单元组成，只要是其循环方式为孔洞单元A2、孔洞单元B3和孔洞单元C4的重心位于同一等边三角形的顶点上，均属于本发明的保护范围。另外，实施例4和实施例5的孔洞面积相对于实施例1-3的孔洞面积更小，其受力更均匀，但建议实施例4和实施例5的实施适用于韧性更高的材料，即断裂伸长率大于100％的材料。

Claims (5)

1.一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，其特征在于：它包括本体（1）、孔组和边缘包覆面（5），所述的孔组有多个，多个孔组设置在本体（1）上，孔组的轴线垂直于本体（1）的表面，孔组包含至少一个孔洞单元，边缘包覆面（5）设置于本体（1）的侧面上；所述的孔组具有n×60°旋转不变性，其中，n为正整数，即孔洞单元绕孔组的中心旋转n×60°保持与旋转前一致；孔组在本体（1）上的循环方式为：以一个孔组的中心为起始点，平移距离为L，平移后得到的相邻两个孔组之间相位角为60°，且R≤L≤2R，其中，R为孔组中心到其所包含的孔洞单元中心的最远距离。
2.根据权利要求1所述的一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，其特征在于：所述的孔组包括孔洞单元A（2）、孔洞单元B（3）和孔洞单元C（4）。
3.根据权利要求2所述的一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，其特征在于：所述的孔洞单元A（2）和孔洞单元C（4）的横截面为正六边形结构，孔洞单元B（3）的横截面为圆形结构，且孔洞单元A（2）和孔洞单元C（4）间隔均匀地分布于以孔洞单元B（3）为圆心的同一圆周上，且相邻的孔洞单元A（2）和孔洞单元C（4）之间的相位角为60°。
4.根据权利要求2所述的一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，其特征在于：所述的孔洞单元A（2）的横截面为六角星形结构，孔洞单元B（3）的横截面为两侧具有内凹面的长方形结构，孔洞单元C（4）为三角形结构，且六个孔洞单元B（3）均匀地分布于以孔洞单元A（2）为圆心的同一圆周上，六个孔洞单元C（4）均匀地分布于以孔洞单元A（2）为圆心的同一圆周上，孔洞单元C（4）位于孔洞单元B（3）的外侧。
5.根据权利要求2所述的一种可增加材料韧性和缓冲能力的结构，其特征在于：所述的孔洞单元A（2）和孔洞单元B（3）的横截面均为扇形结构，孔洞单元C（4）的横截面为三角形结构，六个孔洞单元A（2）间隔均匀设置，且孔洞单元A（2）的圆弧边位于同一圆周上；六个孔洞单元B（3）分别设置于相邻两个孔洞单元A（2）之间，且孔洞单元B（3）的圆弧边位于同一圆周上；孔洞单元C（4）设置于孔洞单元A（2）的外侧。
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