CN106881921A - 冲击波复合消能防护装置 - Google Patents

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杨思盟
严鹏
田颖琳
吕思远
黄泽浩
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Abstract

本发明公开了一种冲击波复合消能防护装置，包括反射消能层和多棱锥夹芯层，所述反射消能层采用硬质材料制成平板状，所述多棱锥夹芯层包括上碳纤维面板、下碳纤维面板、以及设于两个碳纤维面板之间的多个夹芯杆重复单元，所述夹芯杆重复单元包含至少三根夹芯杆；所述每一个夹芯杆重复单元的多根夹芯杆的一端与上碳纤维面板固定相连形成连接节点，该夹芯杆重复单元的多根夹芯杆的另一端呈放射状与下碳纤维面板固定相连形成第二连接点，如此重复连接，直至多棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成多棱锥网络。本发明通过复合多层次的消能结构，实现对不同波长的冲击波的消能吸收，增强了对冲击波能量的缓冲效果。

Description

冲击波复合消能防护装置
技术领域
本发明涉及一种基于能量反射和缓冲变形的冲击波复合消能防护结构，具体涉及一种冲击波复合消能防护装置，可用于水利工程和国防领域的恐怖袭击或战争条件下对我国西部地区梯级高坝群等大型水利工程的防护。
背景技术
近年来世界恐怖爆炸层出不穷，针对民用设施及无辜民众并造成严重人身伤害及财产损失的无疑也属于灾害的范畴。从众多的恐怖爆炸事件分析得知，自杀式汽车炸弹和人体炸弹是恐怖分子选择爆炸袭击的主要方式，他们选择的袭击目标多为大使馆，地铁车站、地铁车站、汽车站和运动场馆等人口聚集或具有特殊重要性的建筑。资料显示，汽车炸弹在街道爆炸时，“沟谷效应”会使冲击波压力和冲量增大数倍，对街区附近的人群或建筑物造成极大伤害。提高建筑的防护能力已成为国际社会的共识。
目前，一类抗爆设计未考虑水下爆炸载荷的应力波效应，而直接采用的是按照放大静载荷的方式考虑爆炸载荷，在设计上采取增加结构刚度的方法，但是由于 该方式会使建筑整体刚度增大，反而容易引起建筑整体破坏；另一类抗爆设计方面虽考虑到应力波效应但多为单层软性材料，仅能对冲击应力波进行缓冲吸收，不能实现对能量的反射削减，防爆效果不甚理想，结构承载能力有限，且装置成型工艺复杂，成本高，制成的碰撞吸能结构重量大。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于能量反射和缓冲变形的冲击波复合消能防护结构，采用复合多层次的消能方法，可实现轻质有效的消能和吸能效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种冲击波复合消能防护装置，包括反射消能层和固定设于反射消能层底部的多棱锥夹芯层，所述反射消能层采用硬质材料制成平板状，所述多棱锥夹芯层包括上碳纤维面板、下碳纤维面板、以及设于两个碳纤维面板之间的多个夹芯杆重复单元，所述夹芯杆重复单元包含至少三根夹芯杆；所述每一个夹芯杆重复单元的多根夹芯杆的一端与上碳纤维面板固定相连形成连接节点，该夹芯杆重复单元的多根夹芯杆的另一端呈放射状与下碳纤维面板固定相连形成第二连接点，多根夹芯杆按前述连接方式形成多棱锥形的夹芯杆重复单元，下碳纤维面板上的第二连接点又作为一个新的夹芯杆重复单元的连接节点设置数量相同的夹芯杆，新的夹芯杆重复单元的多根夹芯杆呈放射状与上碳纤维面板固定相连形成新的第二连接点，如此重复连接，直至多棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成多棱锥网络。
作为改进，所述每一个夹芯杆重复单元的夹芯杆有3-6个。
作为改进，反射消能层采用铸铁材料制成，其上表面具有一定的粗糙度。
作为改进，所述夹芯杆重复单元有四根夹芯杆，四根夹芯杆组成四棱锥形，多个四棱锥形的夹芯杆重复单元在两个碳纤维面板之间组成四棱锥网络。
作为改进，所述夹芯杆与两个碳纤维面板之间通过双组份环氧树脂胶相连，所述反射消能层和多棱锥夹芯层的上碳纤维面板之间也通过双组份环氧树脂胶相连。
作为改进，在对夹芯杆与两个碳纤维面板之间、以及反射消能层和多棱锥夹芯层的上碳纤维面板之间通过双组份环氧树脂胶连接前，先对连接面进行机械打磨并/或磷化液化学氧化处理。
作为改进，所述双组份环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的乐泰胶或铸工胶。
本发明具有如下有益效果：
1.将散射消能结构与多棱锥夹芯层结合起来，实现了反射消能与变形消能的结合，双重结构有效耦合，刚柔并济，可有效阻挡和吸收冲击波等外部作用；
2.使用碳纤维复合材料，极大增加了装置的减震性能和柔性，增强了消能效果；
3.使用环氧胶胶接方法连接可在保持高比强度、高比刚度的同时，极大的降低成本，在交通运输、建筑装饰领域具有重要的应用前景，且由于其通孔结构，功能扩展性强。即应用点阵金属优异的力学性能实现高比强度、高比刚度的轻质多孔材料制备。
附图说明
图1为本发明的反射消能层立体结构示意图。
图2为本发明实施例1的多棱锥夹芯层结构示意图。
图3为本发明实施例1的多棱锥夹芯层立体结构示意图。
图4为本发明实施例1的整体结构示意图。
图中：1-反射消能层，2-上碳纤维面板，3-下碳纤维面板，4-连接节点，5-夹芯杆。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
如图4所示，一种冲击波复合消能防护装置，包括反射消能层1和固定设于反射消能层1底部的多棱锥夹芯层，所述反射消能层1采用硬质材料制成平板状，如图3和图2所示，所述多棱锥夹芯层包括上碳纤维面板2、下碳纤维面板、以及设于两个碳纤维面板之间的多个夹芯杆重复单元，所述夹芯杆重复单元包含四根夹芯杆5；所述每一个夹芯杆重复单元的四根夹芯杆5的一端与上碳纤维面板2固定相连形成连接节点4，该夹芯杆重复单元的四根夹芯杆5的另一端呈放射状与下碳纤维面板固定相连形成第二连接点，四根夹芯杆5按前述连接方式形成四棱锥形的夹芯杆重复单元，下碳纤维面板上的第二连接点又作为一个新的夹芯杆重复单元的连接节点4设置数量相同的夹芯杆5，新的夹芯杆重复单元的四根夹芯杆5呈放射状与上碳纤维面板2固定相连形成新的第二连接点，如此重复连接，直至四棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成四棱锥网络。
如图1所示，反射消能层1采用铸铁材料制成，提高对冲击波等能量的反射能力，同时表面设计有一定的粗糙度，Ra在50-100μm之间，可实现对冲击波中不同波长的应力波的反射。
所述夹芯杆5与两个碳纤维面板之间通过双组份环氧树脂胶相连，所述反射消能层1和多棱锥夹芯层的上碳纤维面板2之间也通过双组份环氧树脂胶相连，双组份环氧树脂胶不仅具有较强的粘结强度，还具有较好的吸能效果。
在对夹芯杆5与两个碳纤维面板之间、以及反射消能层1和多棱锥夹芯层的上碳纤维面板2之间通过双组份环氧树脂胶连接前，先对连接面进行机械打磨并/或磷化液化学氧化处理，以增强胶接强度。
所述双组份环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的乐泰胶或铸工胶。
冲击波所含波波长范围变化较大，当冲击波传播到反射消能层1时，反射消能层1表面粗糙部分对部分波长较小冲击波产生一次反射，其后平台本身再对冲击波进行二次多方向散射削弱冲击波的能量。完成第一步反射消能后，四棱锥形的夹芯杆重复单元与组成的上碳纤维面板2和下碳纤维面板组成的多棱锥夹芯层对剩余冲击波能量进行二次缓冲，碳纤维复合材料与四棱锥网络一同作用，完成耦合消能。
实施例2
实施例2其他部分与实施例1相同，不同之处在于：夹芯杆重复单元的夹芯杆5为三根，三根夹芯杆5按实施例1中连接方式形成三棱锥形的夹芯杆重复单元，三棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成三棱锥网络。
实施例3
实施例3其他部分与实施例1相同，不同之处在于：夹芯杆重复单元的夹芯杆5为五根，五根夹芯杆5按实施例1中连接方式形成五棱锥形的夹芯杆重复单元，五棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成五棱锥网络。
实施例4
实施例4其他部分与实施例1相同，不同之处在于：夹芯杆重复单元的夹芯杆5为六根，六根夹芯杆5按实施例1中连接方式形成六棱锥形的夹芯杆重复单元，六棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成六棱锥网络。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了反射消能层1，上碳纤维面板2，下碳纤维面板，连接节点4，夹芯杆5。等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：包括反射消能层和固定设于反射消能层底部的多棱锥夹芯层，所述反射消能层采用硬质材料制成平板状，所述多棱锥夹芯层包括上碳纤维面板、下碳纤维面板、以及设于两个碳纤维面板之间的多个夹芯杆重复单元，所述夹芯杆重复单元包含至少三根夹芯杆；所述每一个夹芯杆重复单元的多根夹芯杆的一端与上碳纤维面板固定相连形成连接节点，该夹芯杆重复单元的多根夹芯杆的另一端呈放射状与下碳纤维面板固定相连形成第二连接点，多根夹芯杆按前述连接方式形成多棱锥形的夹芯杆重复单元，下碳纤维面板上的第二连接点又作为一个新的夹芯杆重复单元的连接节点设置数量相同的夹芯杆，新的夹芯杆重复单元的多根夹芯杆呈放射状与上碳纤维面板固定相连形成新的第二连接点，如此重复连接，直至多棱锥形的夹芯杆重复单元均匀分布在两个碳纤维面板之间形成多棱锥网络。
2.根据权利要求1所述一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：所述每一个夹芯杆重复单元的夹芯杆有3-6个。
3.根据权利要求1所述一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：反射消能层采用铸铁材料制成，其上表面具有一定的粗糙度。
4.根据权利要求1所述一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：所述夹芯杆重复单元有四根夹芯杆，四根夹芯杆组成四棱锥形，多个四棱锥形的夹芯杆重复单元在两个碳纤维面板之间组成四棱锥网络。
5.根据权利要求1所述一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：所述夹芯杆与两个碳纤维面板之间通过双组份环氧树脂胶相连，所述反射消能层和多棱锥夹芯层的上碳纤维面板之间也通过双组份环氧树脂胶相连。
6.根据权利要求5所述一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：在对夹芯杆与两个碳纤维面板之间、以及反射消能层和多棱锥夹芯层的上碳纤维面板之间通过双组份环氧树脂胶连接前，先对连接面进行机械打磨并/或磷化液化学氧化处理。
7.根据权利要求5所述一种冲击波复合消能防护装置，其特征在于：所述双组份环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的乐泰胶或铸工胶。
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