CN112681855A - 一种依序交替滑出型耗能组合板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种依序交替滑出型耗能组合板。该依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置、至少两个固定构件和至少一个运动构件；力传递装置包括：至少两个刚性件和至少一个弹性件；刚性件和弹性件交错设置，且任意一个弹性件均设置在两个刚性件之间；弹性件的顶面和底面分别与相邻的两个刚性件固定连接；最上层的刚性件的顶面与前面板的内侧固定连接；最下层的刚性件的底面与后面板的内侧固定连接；相邻的两个刚性件之间首尾固定连接；固定构件和运动构件设置在所述力传递装置的两侧且交错设置；固定构件的一端与刚性件的一端抵接；运动构件的一端与弹性件的一端抵接。应用本发明可以更好地抵抗外界的冲击作用。

Description

一种依序交替滑出型耗能组合板

技术领域

本申请涉及防爆防冲击技术领域，尤其涉及一种依序交替滑出型耗能组合板。

背景技术

在实际应用环境中，结构受冲击的事件层出不穷。例如，飞机起飞和降落时受到石子和飞鸟的冲击、桥梁受到汽车的冲击、桥墩受到轮船的冲击、棚洞受到落石的冲击、综合管廊受到燃气爆炸的冲击等等。这些冲击事件给国民经济造成巨大损失的同时，也严重威胁了人民的生命安全。

传统的抗冲击设计理念是：通过设计足够的强度和延性来抵御巨大的冲击荷载，并有效地反射冲击波，从而削弱作用在抗冲击结构上的效应。所以，一般情况下都是设计成具体的实体结构。这种基于传统抗冲击设计理念的实体抗冲击结构由于要承受相当大的冲击荷载，为了有效抵抗冲击作用，因此一般都需要庞大的体积，这不但会增加相应的建造成本，而且由于需要考虑美观和土地限制，因此制约了其在城市地区的应用；另一方面，在与冲击波相互作用的过程中，实体抗冲击结构一旦被破坏后，所产生的碎片将对该结构后的人员和结构造成极大的威胁。

基于此，近年来在抗冲击抗爆设计中逐渐引入了能量吸收的设计理念，用牺牲层的破坏或大变形来吸收冲击能量以达到保护建筑物的目的。代表性的有泡沫夹层防爆墙、蜂窝夹层防爆墙、充水路障等。但是，为了给变形材料更好的变形空间，现有技术中所设计的能量吸收型抗冲击结构体积都较为庞大。

由此可知，在现有技术中，无论是基于传统抗冲击设计理念还是基于能量吸收设计理念的抗冲击结构，对冲击能量的耗散形式都没什么改变，都是依靠弹塑性变形以及断裂破坏的形式来耗散冲击能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种依序交替滑出型耗能组合板，从而可以更好地抵抗外界的冲击作用。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种依序交替滑出型耗能组合板，该依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置、至少两个固定构件和至少一个运动构件；

所述力传递装置包括：至少两个刚性件和至少一个弹性件；

所述刚性件和弹性件交错设置，且任意一个弹性件均设置在两个刚性件之间；所述弹性件的顶面和底面分别与相邻的两个刚性件固定连接；

最上层的刚性件的顶面与所述前面板的内侧固定连接；最下层的刚性件的底面与所述后面板的内侧固定连接；相邻的两个刚性件之间首尾固定连接；

所述固定构件和运动构件设置在所述力传递装置的两侧；

位于所述力传递装置的同一侧的各个固定构件和运动构件交错设置，且任意一个运动构件均设置在两个固定构件之间；

所述固定构件的一端与所述力传递装置中的刚性件的一端抵接；

所述运动构件的一端与所述力传递装置中的弹性件的一端抵接；

所述运动构件中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料；

最上层的固定构件的顶面与所述前面板的内侧固定连接；最下层的固定构件的底面与所述后面板的内侧固定连接。

较佳的，所述填充材料为液体、沙子、石块、水泥、金属或弹性材料。

较佳的，所述运动构件的本体由芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料或轻木制成。

较佳的，所述弹性件由橡胶或泡沫制成；

所述前面板由纤维增强复合材料制成；

所述后面板由钢材制成。

本发明还提供了一种依序交替滑出型耗能组合板，该依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置和多个运动构件；

所述力传递装置包括：弹性中心和多个刚性板；

所述弹性中心的顶面与所述前面板的内侧固定连接，底面与所述后面板的内侧固定连接；

所述多个刚性板左右交错设置在所述弹性中心的两侧，且各个刚性板在所述弹性中心上的垂直投影相互不重叠；最上层的一块刚性板的顶面与所述前面板的内侧固定连接，相邻两块刚性板之间通过刚性连接件固定连接，最下层的一块刚性板通过刚性连接件与所述后面板的内侧固定连接；

所述多个运动构件分别设置在所述力传递装置的两侧；

位于所述力传递装置的同一侧的各个运动构件按照上下排列顺序堆叠；位于所述力传递装置的不同侧的各个运动构件相互交错设置；

每块刚性板的外侧均与对应的一块运动构件的一端抵接；

最上层的运动构件的顶面与所述前面板的内侧抵接，最上层的运动构件的一端与所述弹性中心的侧面抵接；最下层的运动构件的底面与所述后面板的内侧抵接，最下层的运动构件的一端与所述弹性中心的侧面抵接；

所述运动构件中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

较佳的，所述运动构件中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

较佳的，所述填充材料为液体、沙子、石块、水泥、金属或弹性材料。

较佳的，所述运动构件的本体由芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料或轻木制成。

较佳的，所述弹性中心由橡胶或泡沫制成；

所述前面板由纤维增强复合材料制成；

所述后面板由钢材制成。

较佳的，所述刚性连接件贯穿所述弹性中心。

较佳的，所述刚性连接件设置在所述弹性中心的侧面。

如上可见，在本发明的技术方案中，由于依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置和运动构件，因此可以设计构造出不同的结构形式，形成相应的依序交替滑出型耗能组合板。该依序交替滑出型耗能组合板的各个组成部分除了能够抵抗冲击作用下产生的应力，同时还可以利用组合板中可以运动的各个部分产生的运动转换并消耗能量，通过力传递装置可以实现运动构件的交替滑出，形成有层次、多阶段的耗能，从而可以更好地抵抗外界的冲击作用。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施例中的依序交替滑出型耗能组合板的结构示意图。

图2为本发明的另一个具体实施例中的依序交替滑出型耗能组合板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的一个具体实施例中的依序交替滑出型耗能组合板的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例中的依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板11、后面板12、力传递装置13、至少两个固定构件14和至少一个运动构件15；

所述力传递装置13包括：至少两个刚性件131和至少一个弹性件132；

所述刚性件131和弹性件132交错设置，且任意一个弹性件132均设置在两个刚性件131之间；所述弹性件132的顶面和底面分别与相邻的两个刚性件131固定连接；

最上层的刚性件的顶面与所述前面板11的内侧固定连接；最下层的刚性件的底面与所述后面板12的内侧固定连接；相邻的两个刚性件之间首尾固定连接；

所述固定构件14和运动构件15设置在所述力传递装置13的两侧；

位于所述力传递装置13的同一侧的各个固定构件14和运动构件15交错设置，且任意一个运动构件15均设置在两个固定构件14之间；

所述固定构件14的一端与所述力传递装置13中的刚性件131的一端抵接；

所述运动构件15的一端与所述力传递装置13中的弹性件132的一端抵接；

所述运动构件15中设置有填充腔(图中未明确示出)；所述填充腔用于填充预设的填充材料；

最上层的固定构件的顶面与所述前面板11的内侧固定连接；最下层的固定构件的底面与所述后面板12的内侧固定连接。

在本发明的技术方案中，上述前面板可以用于抵挡第一道冲击波；在冲击波作用下，该前面板受荷变形并向内运动；该前面板抵抗一部分冲击波，并将大部分冲击能量以更均匀的方式传递给力传递装置和位于最上层的固定构件。冲击能量在力传递装置中向下传递的过程中，当力传递装置中的弹性件受到冲击能量的冲击时，由于弹性件的顶面和底面分别与相邻的两个刚性件固定连接，因此该弹性件将发生侧向的大变形，从而会向与该弹性件抵接的运动构件传递一个侧向力。当该侧向力大于该运动构件受到的摩擦力(例如，该运动构件与固定构件之间的摩擦力)时，该运动构件将相对于固定构件发生相应的滑动，从而通过滑动吸收一部分冲击能量。依此类推，如果前面板所受到的冲击能量较大，则各个运动构件都将会发生相应的滑动，从而通过滑动吸收一部分冲击能量，并最后将冲击波的能量传递给后面板。上述的后面板的作用是确保在冲击作用下的前面板、力传递装置以及运动构件能够正常工作，不穿透后面板；而且，该后面板也可以通过自身的变形吸收一部分冲击能量，从而可以进一步增加组合板的抗冲击能力。

另外，在本发明的技术方案中，还提供了另一种依序交替滑出型耗能组合板。

图2为本发明的另一个具体实施例中的依序交替滑出型耗能组合板的结构示意图。

如图2所示，本发明实施例中的依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板21、后面板22、力传递装置23和多个运动构件24；

所述力传递装置23包括：弹性中心231和多个刚性板232；

所述弹性中心231的顶面与所述前面板21的内侧固定连接，底面与所述后面板22的内侧固定连接；

所述多个刚性板232左右交错设置在所述弹性中心231的两侧，且各个刚性板232在所述弹性中心231上的垂直投影相互不重叠；最上层的一块刚性板232的顶面与所述前面板21的内侧固定连接，相邻两块刚性板232之间通过刚性连接件233固定连接，最下层的一块刚性板232通过刚性连接件233与所述后面板22的内侧固定连接；

所述多个运动构件24分别设置在所述力传递装置23的两侧；

位于所述力传递装置23的同一侧的各个运动构件按照上下排列顺序堆叠；位于所述力传递装置23的不同侧的各个运动构件相互交错设置；

每块刚性板的外侧均与对应的一块运动构件的一端抵接；

最上层的运动构件的顶面与所述前面板21的内侧抵接，最上层的运动构件的一端与所述弹性中心231的侧面抵接；最下层的运动构件的底面与所述后面板22的内侧抵接，最下层的运动构件的一端与所述弹性中心231的侧面抵接；

所述运动构件24中设置有填充腔(图中未明确示出)；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

在本发明的技术方案中，上述前面板可以用于抵挡第一道冲击波；在冲击波作用下，该前面板受荷变形并向内运动；该前面板抵抗一部分冲击波，并将大部分冲击能量以更均匀的方式传递给力传递装置和位于最上层的运动构件。冲击能量在力传递装置中向下传递的过程中，当力传递装置中的弹性中心受到冲击能量的冲击时，该弹性中心将发生侧向膨胀变形。对于弹性中心的某一段来说，由于一侧有刚性板的存在，且多个刚性板之间通过刚性连接件组成了一个刚性骨架，保证了各个刚性板的位置不易发生变化，所以该段弹性中心只能向另一侧膨胀，从而会向与该弹性中心抵接的运动构件传递一个侧向力。当该侧向力大于该运动构件受到的摩擦力(例如，相邻运动构件之间在运动构件界面处的摩擦力)时，该运动构件将会发生相应的滑动，从而通过滑动吸收一部分冲击能量。依此类推，如果前面板所受到的冲击能量较大，则各个运动构件都将会发生相应的滑动，从而通过滑动吸收一部分冲击能量，并最后将冲击波的能量传递给后面板。上述的后面板的作用是确保在冲击作用下的前面板、力传递装置以及运动构件能够正常工作，不穿透后面板；而且，该后面板也可以通过自身的变形吸收一部分冲击能量，从而可以进一步增加组合板的抗冲击能力。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述两个具体实施例中的运动构件。以下将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述运动构件可以为实体结构。

再例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述运动构件中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，在上述填充腔中填充预设的填充材料，以改变运动构件的整体重量，从而达到不同的抗冲击的要求。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述填充材料可以是液体、沙子、石块、水泥、金属、弹性材料等各种可以适用于实际应用场景的填充物。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述运动构件的本体可以由芳纶纤维增强复合材料(AFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)、轻木等质轻、易运动的材料制成。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的弹性件和弹性中心。以下将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述弹性件或弹性中心可以由橡胶、泡沫等吸能效果好、变形能力大的材料制成，从而能够将冲击力传递给运动构件。当然，橡胶、泡沫等材料的大变形也会吸收一部分的冲击能量。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述前面板可以由纤维增强复合材料(FRP)制成。针对不同的需求，前面板可以是FRP板也可以是FRP夹芯板。由于FRP具有质轻、高强、耐久性好和可设计性强等优点，因此可以根据实际应用场景选择不同的FRP来制作上述的前面板。如果使用上述FRP制作所述前面板，则该前面板可以通过基体、纤维或夹芯的断裂来耗能，从而可以增加组合板的抗冲击能力。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述后面板可以由钢材等高强度、高刚度材料制成，从而可以确保该后面板在冲击作用下不会断裂，而且也可以通过自身的变形吸收一部分冲击能量，从而可以进一步增加组合板的抗冲击能力。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述刚性连接件的位置。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述刚性连接件贯穿所述弹性中心。

再例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述刚性连接件设置在所述弹性中心的侧面。

在本发明的技术方案中，上述依序交替滑出型耗能组合板的主要耗能机制为：

1、断裂耗能：组合板在受冲击过程中断裂耗能存在于各个部分，如前面板可能产生断裂进行耗能，运动构件也可能产生裂缝进行耗能，后面板也会产生裂缝进行耗能等。

2、运动耗能：组合板耗能最为核心的部分，各个运动构件在受到冲击后会发生滑动，吸收冲击能量并将之转化为动能，从而通过运动带走一部分冲击能量。

3、变形耗能：弹性件和弹性中心在冲击力的作用下，由于受力发生变形，将能量转化为变形能，消耗冲击能量。

4、摩擦耗能：各个运动构件在运动过程中，其接触面之间将发生相互摩擦，从而可以通过摩擦消耗能量。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置和运动构件，因此可以充分利用FRP的可设计性强、制备方法多样以及高强等特性，设计构造出不同的结构形式，形成相应的依序交替滑出型耗能组合板。该依序交替滑出型耗能组合板的各个组成部分除了能够抵抗冲击作用下产生的应力，同时还可以利用组合板中可以运动的各个部分产生的运动转换并消耗能量，通过力传递装置可以实现运动构件的交替滑出，形成有层次、多阶段的耗能，从而可以更好地抵抗外界的冲击作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于，该依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置、至少两个固定构件和至少一个运动构件；

所述力传递装置包括：至少两个刚性件和至少一个弹性件；

所述刚性件和弹性件交错设置，且任意一个弹性件均设置在两个刚性件之间；所述弹性件的顶面和底面分别与相邻的两个刚性件固定连接；

最上层的刚性件的顶面与所述前面板的内侧固定连接；最下层的刚性件的底面与所述后面板的内侧固定连接；相邻的两个刚性件之间首尾固定连接；

所述固定构件和运动构件设置在所述力传递装置的两侧；

位于所述力传递装置的同一侧的各个固定构件和运动构件交错设置，且任意一个运动构件均设置在两个固定构件之间；

所述固定构件的一端与所述力传递装置中的刚性件的一端抵接；

所述运动构件的一端与所述力传递装置中的弹性件的一端抵接；

所述运动构件中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料；

最上层的固定构件的顶面与所述前面板的内侧固定连接；最下层的固定构件的底面与所述后面板的内侧固定连接。

2.根据权利要求1所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述填充材料为液体、沙子、石块、水泥、金属或弹性材料。

3.根据权利要求1所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述运动构件的本体由芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料或轻木制成。

4.根据权利要求1所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述弹性件由橡胶或泡沫制成；

所述前面板由纤维增强复合材料制成；

所述后面板由钢材制成。

5.一种依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于，该依序交替滑出型耗能组合板包括：前面板、后面板、力传递装置和多个运动构件；

所述力传递装置包括：弹性中心和多个刚性板；

所述弹性中心的顶面与所述前面板的内侧固定连接，底面与所述后面板的内侧固定连接；

所述多个刚性板左右交错设置在所述弹性中心的两侧，且各个刚性板在所述弹性中心上的垂直投影相互不重叠；最上层的一块刚性板的顶面与所述前面板的内侧固定连接，相邻两块刚性板之间通过刚性连接件固定连接，最下层的一块刚性板通过刚性连接件与所述后面板的内侧固定连接；

所述多个运动构件分别设置在所述力传递装置的两侧；

位于所述力传递装置的同一侧的各个运动构件按照上下排列顺序堆叠；位于所述力传递装置的不同侧的各个运动构件相互交错设置；

每块刚性板的外侧均与对应的一块运动构件的一端抵接；

最上层的运动构件的顶面与所述前面板的内侧抵接，最上层的运动构件的一端与所述弹性中心的侧面抵接；最下层的运动构件的底面与所述后面板的内侧抵接，最下层的运动构件的一端与所述弹性中心的侧面抵接；

所述运动构件中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

6.根据权利要求5所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述填充材料为液体、沙子、石块、水泥、金属或弹性材料。

7.根据权利要求5所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述运动构件的本体由芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料或轻木制成。

8.根据权利要求5所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述弹性中心由橡胶或泡沫制成；

所述前面板由纤维增强复合材料制成；

所述后面板由钢材制成。

9.根据权利要求5所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述刚性连接件贯穿所述弹性中心。

10.根据权利要求5所述的依序交替滑出型耗能组合板，其特征在于：

所述刚性连接件设置在所述弹性中心的侧面。

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