CN108397501B - 一种全方位自锁的薄壁吸能管筒 - Google Patents

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    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/128—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members characterised by the members, e.g. a flat strap, yielding through stretching, pulling apart

Abstract

本发明公开了一种全方位自锁的薄壁吸能管筒，包括扁平状薄壁管筒（1），所述薄壁管筒（1）具有接受正向冲击载荷的正面（2）和与所述正面相对的背面（4），在所述正面或背面中的一个表面中部冲制有“〈 〉”型第一沟槽（3），另一个表面中部冲制有“〉〈”型第二沟槽（5）。本发明的优点是：能实现全方位自锁、能量吸收率稳定，且通过薄壁吸能管筒的组合能实现横向、纵向和竖向的扩展。

Description

一种全方位自锁的薄壁吸能管筒
技术领域
本发明属于薄壁吸能装置，应用于汽车、动车组、飞机、航天器等一系列需要抗冲击减震的防护系统中。
背景技术
现实生活中发生交通事故导致丧生和财产损失越来越严重，在工程中的碰撞、冲击、爆炸等事故也时有发生，且碰撞、冲击、爆炸等事故的方向是不确定了，往往导致严重后果，因此需要吸能防护系统装置。在大量研究基础上，普遍认为圆环状薄壁吸能结构的变形稳定、比能耗高、承载力稳定、吸能效果好、初始冲击力小、易于更换，该圆环结构广泛用于吸能防护系统装置中，取得了良好的经济效益和社会效益。
但圆环状薄壁吸能结构仍存在一些问题，如多排圆管排列装置在受到不同方向冲击时圆管会向四周飞溅，不仅降低吸能效率而且可能产生二次损害。产生这种现象的原因是吸能防护系统缺少必要的约束，要弥补这种缺陷的方法是增加系统约束，目前的解决方法有添加额外约束装置，其作用是使系统在受到冲击时保持装置完整性，即实现吸能防护装置全方位自锁，或通过设计哑铃状薄壁管结构实现横向自锁。而且，现有吸能防护装置也无法实现横向、纵向和竖向的扩展。
术语：全方位自锁是指横向、纵向和竖向三个维度都有自锁性能。
发明内容
针对现有薄壁吸能装置存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种全方位自锁的薄壁吸能管筒，它能实现全方位自锁、能量吸收率稳定，且通过薄壁吸能管筒的组合能实现横向、纵向和竖向的扩展。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括扁平状薄壁管筒，所述薄壁管筒具有接受正向冲击载荷的正面和与所述正面相对的背面，在所述正面或背面中的一个表面中部冲制有“〈〉”型第一沟槽，另一个表面中部冲制有“〉〈”型第二沟槽。
本发明的组合原方式是：薄壁管筒按上下层布置，上层的薄壁管筒有第二沟槽的下表面与下层的薄壁管筒有第一沟槽的上表面贴合，以半个薄壁管筒单元左右错位嵌合，实现横向扩展。上层薄壁管筒与下层薄壁管筒具有相同沟槽的两个表面贴合，沟槽按薄壁管筒的四分之一进行挂角勾连方式错位嵌合，既实现纵向扩展，又实现横向和纵向同时扩展。上述扩展都是上下层薄壁管筒嵌合实现的，所以具备竖向扩展的能力。
由于各薄壁管筒单元之间通过沟槽与沟槽相互嵌合，实现了各薄壁管筒单元相互完全约束，组成的吸能装置能够全方位自锁，避免了在吸能装置中设置附加约束装置。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：
1、由本发明组装而成的吸能装置，在承受各个方向冲击时可自动实现全方位自锁，无需施加任何约束或安装紧固件，易于拆卸和安装，组装过程中各薄壁管筒单元之间无需定位装置，安装简单，具有较强的实用性。
2、由本发明组装而成的吸能装置，能够横向、纵向、竖向无限扩展，可根据冲击能量大小及场地等实际情况要求，增减薄壁管筒单元的个数，随时调整吸能装置的规模，具有优越的灵活性和可调节性。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的正面示意图；
图2为本发明的背面示意图；
图3为采用本发明的正面与背面嵌合的横向扩展图；
图4为图3的正视图；
图5为采用本发明的正面与正面、背面与背面嵌合的纵横双向扩展图；
图6为由本发明组装而成的吸能装置承受垂直平板方向冲击的示意图；
图7为图6所示冲击下的力-位移曲线图；
图8为由本发明组装而成的吸能装置承受倾斜平板方向冲击的示意图；
图9为图8所示冲击下的力-位移曲线图。
图中：1. 薄壁管筒；2.正面；3.第一沟槽；4.背面；5.第二沟槽；6.第一层薄壁管筒；7. 第二层薄壁管筒；8. 第三层薄壁管筒；9. 第四层薄壁管筒；10. 第五层薄壁管筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明包括扁平状薄壁管筒1，所述薄壁管筒1具有接受正向冲击载荷的正面2和与所述正面相对的背面4，在所述正面或背面中的一个表面中部冲制有“〈〉”型第一沟槽3，另一个表面中部冲制有“〉〈”型第二沟槽5。
薄壁管筒按上下层布置，如图3和图4所示，由薄壁管筒组成的吸能装置有5层，分别是第一层薄壁管筒6、第二层薄壁管筒7、第三层薄壁管筒8、第四层薄壁管筒9和第五层薄壁管筒10。第一层的薄壁管筒6的第二沟槽下表面与第二层薄壁管筒7的第一沟槽上表面贴合，以半个薄壁管筒单元左右错位嵌合，同样，其余各层之间都按此嵌合方式，实现横向扩展。
如图5所示，薄壁管筒按上下层布置，上层薄壁管筒与下层薄壁管筒具有相同沟槽的两个表面贴合，沟槽按薄壁管筒的四分之一进行挂角勾连方式错位嵌合，既实现纵向扩展，又实现横向和纵向同时扩展。
模拟试验1
如图6所示，通过有限元模拟计算垂直平板方向冲击效果，由本发明组成的吸能装置为五层，共33个单元，在吸能装置下表面添加刚体平板。冲击物的速度v＝4.43m/s，冲击物质量为m＝118.33kg，冲击能量E＝1/2mv2＝1/2×118.33×4.432 J＝1.16×103 J。薄壁管筒单元长度为100mm，宽度为80mm，高度为21mm，下凹距离为8.4mm，厚度为0.8mm，各处圆角半径为4mm，选用金属材料，弹性模量207Gpa，泊松比0.28，密度7830kg∕m3。模拟测试的力-位移曲线如图7所示，图7中，横坐标的u为冲头冲击下降位移、H为组装系统在所受冲击方向的高度、u/H为坐标无单位化。通过积分得到吸能装置所吸收的能量1.137×103 J, 吸收了总冲击能量的98%。与现有吸能装置吸能1.09×103 J（吸收了总冲击能量的94.2%）相比，吸能性能有显著提高。
模拟试验2
如图8所示，通过有限元模拟计算倾斜平板方向冲击效果，吸能装置的结构、参数跟模拟试验1相同，冲击物的能量跟模拟试验1相同，仅冲击方向改变。模拟测试的力-位移曲线如图9所示，通过积分得到吸能装置所吸收的能量0.32×103 J，吸收了总冲击能量的27.6%。目前还没有承受倾斜平板方向的自锁吸能装置，本发明与现有技术相比，有显著的技术进步。
由本发明组成的吸能装置，其全方位自锁性、吸能性主要由几何结构和几何尺寸决定，在构造型式不变的情况下，在允许比例范围内，可适当调整薄壁管筒单元尺寸，不改变吸能装置的全方位自锁性，沿横向、纵向、竖向扩展。

Claims (3)

1.一种全方位自锁的薄壁吸能管筒，其特征是：包括扁平状薄壁管筒（1），所述薄壁管筒（1）具有接受正向冲击载荷的正面（2）和与所述正面相对的背面（4），在所述正面或背面中的一个表面中部冲制有“〈 〉”型第一沟槽（3），另一个表面中部冲制有“〉〈”型第二沟槽（5）。
2.根据权利要求1所述的全方位自锁的薄壁吸能管筒，其特征是：所述薄壁管筒（1）按上下层布置，上层的薄壁管筒有第二沟槽（5）的下表面与下层的薄壁管筒有第一沟槽（3）的上表面贴合，以半个薄壁管筒单元左右错位嵌合。
3.根据权利要求1所述的全方位自锁的薄壁吸能管筒，其特征是：所述薄壁管筒（1）按上下层布置，上层薄壁管筒与下层薄壁管筒具有相同沟槽的两个表面贴合，沟槽按薄壁管筒的四分之一进行挂角勾连方式错位嵌合。
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