CN105905056B - 基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，包括外套筒、切割器和定位管，所述的切割器位于外套筒内部，下端与外套筒内凸缘连接，上端与定位管连接；所述的定位管位于外套筒内部并与其内壁紧密连接，其下表面与切割器相接触；所述的外套筒、定位管和复合材料管上分别设有相对合的销钉孔，三者通过销钉紧密结合在一起。与现有技术相比，本发明具有整体结构简单、对材料利用率高、增加管材强度的同时又不影响周围结构等优点。

Description

基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置
技术领域
本发明涉及吸能结构技术领域，尤其是涉及一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置。
背景技术
现代商用飞机机身下部防撞结构、车辆防撞梁结构多使用金属材料，冲击破坏所产生的能量通常通过塑性变形吸收，受金属材料本身的限制，吸收的能量与结构重量比较小，而复合材料结构重量轻，吸能较多。S.Heimbs提出了一种通过接头将复合材料切割若干细条，使复合材料产生较为复杂的破坏形式来吸能的方案，但这种方案在实施过程中撕裂条是向套筒外扩张的，向四周展开并环绕在套周围，对附近结构会产生较大干扰和影响，而且碳纤维管撕裂破碎后会产生大量碎屑和细小纤维，对周围环境也会产生不利的影响。所以用于破坏吸能的结构件，在设计过程中存在较大的改进空间。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种整体结构简单且同时能起到结构支撑作用的基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，以复合材料为基础，使用复合材料管破碎、压溃和撕裂的方式，利用复合材料的纤维断裂、分层和基体破坏来吸收冲击能量，并且破坏后的材料被压缩填充在复合材料管的空腔内可以进一步吸收能量又可以增强管的强度，产生碎屑不溢出，不会影响周围结构或环境的套筒构件，对材料利用率高。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，包括外套筒、切割器和定位管，所述的切割器位于外套筒内部，下端与外套筒内凸缘连接，上端与定位管连接；所述的定位管位于外套筒内部并与其内壁紧密连接，其下表面与切割器相接触；
所述的外套筒、定位管和复合材料管上分别设有相对合的销钉孔，三者通过销钉紧密结合在一起。
所述的外套筒包括外筒壁、外筒壁支撑臂、外扩引导缘、凸缘和引导凸台；
所述的外扩引导缘设在外筒壁上端，用于引导复合材料管插入外套筒；
所述的外筒壁支撑臂设在外筒壁下端，用于与外部结构连接；
所述的凸缘设在外筒壁内部，并直接与切割器相连，用于固定切割器的下表面；
所述的引导凸台设在外筒壁内部，在复合材料管被切割器切成撕裂条后，受到引导凸台的作用，撕裂条顺着引导凸台向复合材料管内腔运动。
所述的外筒壁支撑臂下方设有外筒壁连接孔。
所述的销钉孔设在外筒壁上。
所述的切割器包括变直径孔、加固环和引导圆角；
所述的变直径孔沿圆周排列，形成向上开刃的切割刃，同时逐渐缩小的直径会对产生挤压破坏作用，进一步吸收冲击产生的能量，该切割刃通过变直径孔相交而形成，其刀刃向上，用于切割受轴轴向运动复合材料管；
所述的加固环与所有变直径孔内圈连接，用于加固切割刃；
所述的引导圆角使经过切割后的复合材料撕裂条向上翻转运动时更容易从加固环中通过，便于破坏后的复合材料管储存在管内壁腔中。
所述的定位管包括上倒角和销钉孔，该销钉孔与外筒壁上的销钉孔对应，通过销钉使复合材料管、定位管和外套筒三者的进行固定。
与现有技术相比，本发明采用较新颖的复合材料破坏吸能方式，更为精巧的结构设计；本发明在沿管轴向受到冲击作用时，复合材料管沿轴向运动，挤压套筒，销钉失效后，管材受到切割器的切割作用，利用复合材料管被切割撕裂成条、以及被变直径孔挤压的破坏方式，以达到吸收冲击所产生能量的目的，破坏后的管材被压缩填充在管内，进一步吸收能量、增加管材强度的同时又不影响周围结构。适用于各类结构中会遭受冲击破坏的部位，起到保护结构主体的作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的分解结构示意图；
图3为本发明外套筒结构示意图；
图4为本发明外套筒剖视结构示意图；
图5为图4的A-A剖视结构示意图；
图6为本发明切割器立体结构示意图；
图7为本发明切割器另一方向的立体结构示意图；
图8为本发明切割器俯视结构示意图；
图9为图8的B-B剖视结构示意图；
图10为复合材料管、定位管、切割器装配图；
图11为复合材料管、定位管、切割器剖视结构示意图。
其中1-复合材料管，2-定位管，3-切割器，4-外筒壁，5-销钉孔，6-外筒壁支撑臂，7-外筒壁连接孔，8-外扩引导缘，9-凸缘，10-引导凸台，11-变直径孔，12-加固环，13-引导圆角，14-切割刃。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，包括外套筒、切割器3和定位管2，所述的切割器3位于外套筒内部，下端与外套筒内凸缘连接，上端与定位管2连接；所述的定位管2位于外套筒内部并与其内壁紧密连接，其下表面与切割器3相接触；所述的外套筒、定位管2和复合材料管1上分别设有相对合的销钉孔5，三者通过销钉紧密结合在一起；复合材料管的另一端用普通固定连接。
如图3-5所示，所述的外套筒包括外筒壁4、外筒壁支撑臂6、外扩引导缘8、凸缘9和引导凸台10；
所述的外扩引导缘8设在外筒壁4上端，用于引导复合材料管插入外套筒，更容易安装；外筒壁4直接与切割器3和定位管2相连接，上有销钉孔用于外套筒、定位管和复合材料管三者的固定和连接；
所述的外筒壁支撑臂6设在外筒5壁下端，用于与外部结构连接；所述的凸缘9设在外筒壁内部，并直接与切割器3相连，用于固定切割器的下表面；所述的引导凸台10设在外筒壁内部，在复合材料管被切割器切成撕裂条后，受到引导凸台的作用，撕裂条顺着引导凸台10向复合材料管内腔运动，因而破坏后的管体不会影响周围结构，管材强度也进一步增强。所述的外筒壁支撑臂6下方设有外筒壁连接孔7。所述的销钉孔5设在外筒壁4上。
如图6-9所示，所述的切割器3包括变直径孔11、加固环12和引导圆角13；
所述的变直径孔11沿圆周排列，形成向上开刃的切割刃14，下部又有一定的厚度来保证刃的强度，同时由于逐渐变小的直径对被切割后复合材料条的挤压作用，起到进一步吸收冲击能量作用；该切割刃14通过变直径孔相交而形成，其刀刃向上，用于切割受轴轴向运动复合材料管；
所述的加固环12与所有变直径孔11内圈连接，用于加固切割刃，确保刀刃具有一定的强度，不致断裂；
所述的引导圆角13使经过切割后的复合材料撕裂条向上翻转运动时更容易从加固环中通过，便于破坏后的复合材料管储存在管内壁腔中。
如图10-11所示，所述的定位管2包括上倒角和销钉孔，该销钉孔与外筒壁上的销钉孔对应，通过销钉使复合材料管、定位管和外套筒三者的进行固定。上倒角可以使复合材料管在安装时更方便；定位管的外侧与外筒壁内侧相连，下表面与切割器相连，与套筒的凸缘一起保证切割器不会沿轴向运动，在起到固定切割器的同时，还盖住切割器的最外缘，保证复合材料管直接与切割刃相接触，使复合材料管更容易被切割破坏。
整个装置在受到轴向的冲击破坏作用时，复合材料管受到较大轴向载荷的作用，开始对下端套筒挤压，首先销钉失效，复合材料管继续沿轴向运动，挤压切割器，进而受到切割刃的作用，被撕裂为条状，在通过变直径孔时，又受到挤压作用进一步发生破坏，各复合材料条继续弯曲破坏，同时，这些复合材料条受到外套筒底部引导凸台的作用，运动方向发生翻转，向复合材料管内空腔运动，切割器加固环下的引导圆角可以使撕裂条反向运动更容易，所以复合材料管破坏后的部分被挤压填充到管腔内部，充分利用了合理的空间，并且进一步吸收了冲击能量、增强了复合材料管的强度，破坏后的管材结构也不会对周围结构或环境产生影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，其特征在于，包括外套筒、切割器和定位管，所述的切割器位于外套筒内部，下端与外套筒内凸缘连接，上端与定位管连接；所述的定位管位于外套筒内部并与其内壁紧密连接，其下表面与切割器相接触；
所述的外套筒、定位管和复合材料管上分别设有相对合的销钉孔，三者通过销钉紧密结合在一起；
所述的切割器包括变直径孔、加固环和引导圆角；
所述的变直径孔沿圆周排列，形成向上开刃的切割刃，该切割刃通过变直径孔相交而形成，同时逐渐缩小的直径会对产生挤压破坏作用，进一步吸收冲击产生的能量，其刀刃向上，用于切割受轴轴向运动复合材料管；
所述的加固环与所有变直径孔内圈连接，用于加固切割刃；
所述的引导圆角使经过切割后的复合材料撕裂条向上翻转运动时更容易从加固环中通过，便于破坏后的复合材料管储存在管内壁腔中。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，其特征在于，所述的外套筒包括外筒壁、外筒壁支撑臂、外扩引导缘、凸缘和引导凸台；
所述的外扩引导缘设在外筒壁上端，用于引导复合材料管插入外套筒；
所述的外筒壁支撑臂设在外筒壁下端，用于与外部结构连接；
所述的凸缘设在外筒壁内部，并直接与切割器相连，用于固定切割器的下表面；
所述的引导凸台设在外筒壁内部，在复合材料管被切割器切成撕裂条后，受到引导凸台的作用，撕裂条顺着引导凸台向复合材料管内腔运动。
3.根据权利要求2所述的一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，其特征在于，所述的外筒壁支撑臂下方设有外筒壁连接孔。
4.根据权利要求2所述的一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，其特征在于，所述的销钉孔设在外筒壁上。
5.根据权利要求2所述的一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，其特征在于，所述的定位管包括上倒角和销钉孔，该销钉孔与外筒壁上的销钉孔对应，通过销钉使复合材料管、定位管和外套筒三者的进行固定。
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