CN114352331B - 让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法，该锚杆包括预紧螺母、减摩垫圈、加载垫圈、防冲构件、托盘和锚杆杆体。防冲构件包括菱形蜂窝结构Ⅰ、新型蜂窝结构和菱形蜂窝结构Ⅱ，并被套筒包裹，套筒中注有剪切增稠液。锚杆杆体的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘、菱形蜂窝结构Ⅱ、新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构Ⅰ并伸出加载垫圈，预紧螺母旋入锚杆杆体。当遭受冲击时，剪切增稠液瞬间变硬吸收能量，为芯层提供支撑，冲击消失后，剪切增稠液恢复原状，降低较弱冲击力对锚杆造成的疲劳损伤；当冲击能量较大时，除剪切增稠液变硬吸收能量外，新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构芯层Ⅰ和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ通过塑性变形吸收能量。
Description
技术领域
本发明涉及矿井及地下空间冲击灾害防治领域，具体涉及一种让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法。
背景技术
近年来，我国浅部煤炭资源日益减少，煤炭开采逐步由浅部煤层转向深部煤层。深部煤层受“三高一扰动”的影响，巷道面临冲击地压、围岩大变形破坏等灾害事故的风险日益增大。与此同时，随着我国经济社会的发展，基础建设力度逐年增大，山岭隧道、引水隧洞、轨道交通等地下工程也存在岩爆现象频发的问题。因此，这就对矿山及地下工程的支护体系提出了更高的要求。现阶段，锚杆支护是矿山及地下工程支护系统的重要组成部分，但现场实践中发现，强冲击下发生的围岩大变形会造成锚杆的断裂和损坏，严重影响整体支护体系的支护性能，极大制约了矿山与地下空间的安全高效生产。研究发现，托盘有利于增强锚杆的锚固力，但在受到冲击地压等强烈冲击时，传统的托盘不具备吸能防冲的能力，难以满足日渐复杂的工程现状；为保障矿山及地下空间的施工安全，亟需加强锚杆配套防冲构件的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，让抗一体吸能防冲锚杆，包括预紧螺母、减摩垫圈、加载垫圈、防冲构件、托盘和锚杆杆体。
所述防冲构件包括菱形蜂窝结构Ⅰ、新型蜂窝结构和菱形蜂窝结构Ⅱ，新型蜂窝结构粘合在菱形蜂窝结构Ⅰ和菱形蜂窝结构Ⅱ之间，新型蜂窝结构内部密封，菱形蜂窝结构Ⅱ背离新型蜂窝结构的一侧安装有托盘。
所述菱形蜂窝结构Ⅰ背离新型蜂窝结构的一侧安装有加载垫圈，锚杆杆体的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘、菱形蜂窝结构Ⅱ、新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构Ⅰ并伸出加载垫圈，预紧螺母旋入锚杆杆体的伸出端。
所述托盘与巷道围岩抵紧，减摩垫圈设置在预紧螺母与加载垫圈之间。
所述菱形蜂窝结构Ⅰ包括菱形蜂窝结构芯层Ⅰ以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ上的上面板Ⅰ和下面板Ⅰ，上面板Ⅰ与新型蜂窝结构接触，下面板Ⅰ与加载垫圈接触。
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅰ包括相互连接的若干单胞结构。
所述菱形蜂窝结构Ⅱ包括菱形蜂窝结构芯层Ⅱ以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅱ上的上面板Ⅱ和下面板Ⅱ，下面板Ⅱ与新型蜂窝结构接触，上面板Ⅱ与托盘接触。
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅱ包括相互连接的若干单胞结构。
所述防冲构件上套设有套筒，套筒由具有韧性的塑料制成，套筒的一端与上面板Ⅱ齐平且与上面板Ⅱ密封连接，套筒的另一端与下面板Ⅰ齐平且与下面板Ⅰ密封连接。
所述套筒内注入剪切增稠液，剪切增稠液填充到菱形蜂窝结构芯层Ⅰ和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ的单胞结构内。
进一步，所述新型蜂窝结构由金属3D打印而成，打印完成后进行热处理。
所述新型蜂窝结构的长度方向与锚杆杆体的长度方向一致，新型蜂窝结构包括若干圆筒Ⅰ、若干圆筒Ⅱ和若干连接柱，圆筒Ⅰ、圆筒Ⅱ和连接柱的长度方向均与新型蜂窝结构的长度方向一致，圆筒Ⅰ的直径小于圆筒Ⅱ的直径，连接柱的横截面呈十字形。
若干所述圆筒Ⅰ呈矩阵布置，相邻圆筒Ⅰ之间采用连接柱连接，每相邻的四个圆筒Ⅰ和四个连接柱连接围合成的腔体内设置有圆筒Ⅱ，圆筒Ⅱ分别与四个连接柱连接。
所述新型蜂窝结构长度方向的两个端面上均连接有封板，两块封板将新型蜂窝结构的内部密封，剪切增稠液位于新型蜂窝结构外壁与套筒内壁之间。
进一步，所述剪切增稠液为纳米二氧化硅颗粒和聚乙二醇的混合液。
让抗一体吸能防冲锚杆的抗冲击方法，基于上述的让抗一体吸能防冲锚杆，当所述锚杆杆体遭受冲击时，套筒中的剪切增稠液瞬间变硬吸收能量，同时充填在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ的剪切增稠液变硬为芯层提供支撑，冲击消失后，剪切增稠液恢复原状。当冲击能量超过剪切增稠液吸能性能时，除剪切增稠液变硬吸收能量外，所述新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构芯层Ⅰ和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ均通过塑性变形吸收能量。
本发明的有益效果在于：
1.本发明能够适应冲击地压、岩爆等事故造成的围岩快速大变形，通过合理将锚杆布置在围岩中，能有效的引导冲击能量的释放和转化，一方面剪切增稠液能够吸收大量能量，另一方面，新型蜂窝结构和菱形蜂窝结构在让位缓冲的过程中，能够有效降低冲击动载影响，保障整个支护体系的稳定，从而维护巷道围岩和地下空间工程的安全；
2.充填的剪切增稠液是一种新型智能材料，利用剪切增稠液的特性制造的吸能防冲件，在一定范围内的冲击下，通过剪切增稠液变硬吸收冲击能量；同时，剪切增稠液充填于菱形蜂窝结构中，剪切增稠液变硬，刚性支撑增强，能增强为菱形蜂窝结构提供支撑，进而提升防冲构件的整体抗冲击性能；在冲击载荷消失后，剪切增稠液恢复到原有状态，能有效避免疲劳损坏，防冲构件和锚杆的使用寿命显著提升；
3.本发明所使用的菱形蜂窝结构在受到大冲击时胞壁会发生折叠变形和弯曲变形，但由于菱形蜂窝结构内部填充了剪切增稠液，其变形程度较小，变形让压吸能能力较弱；新型蜂窝结构胞壁在受到冲击时会发生折叠变形和弯曲变形，由于新型蜂窝内部未进行充填，给新型蜂窝提供了大量的让位空间，从而使锚杆恒阻让压，与此同时，恒阻让压增加了锚杆的延伸率，使锚杆在受到冲击时破断困难，从而有效提升了锚杆的支护安全性及其适用寿命；
4.本发明充填的剪切增稠液对剪切应变十分敏感，因此在工作时不需要像电流变材料或磁流变材料需外加电场或磁场，使得本防冲吸能器为无源器件，可以实现冲击载荷下的自启动。
附图说明
图1为本发明所述让抗一体吸能防冲锚杆的示意图；
图2为防冲构件的示意图；
图3为新型蜂窝结构的截面图。
图中：预紧螺母1、减摩垫圈2、加载垫圈3、菱形蜂窝结构Ⅰ4、新型蜂窝结构5、菱形蜂窝结构Ⅱ6、防冲构件7、托盘8、锚杆杆体9、上面板Ⅰ10、下面板Ⅰ11、上面板Ⅱ12、下面板Ⅱ13、菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14、菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15和套筒16。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了让抗一体吸能防冲锚杆，适用于煤矿巷道支护以及地下空间支护领域，具体包括预紧螺母1、减摩垫圈2、加载垫圈3、防冲构件7、托盘8和锚杆杆体9。
参见图1，所述防冲构件7包括菱形蜂窝结构Ⅰ4、新型蜂窝结构5和菱形蜂窝结构Ⅱ6，新型蜂窝结构5粘合在菱形蜂窝结构Ⅰ4和菱形蜂窝结构Ⅱ6之间，新型蜂窝结构5内部密封，菱形蜂窝结构Ⅱ6背离新型蜂窝结构5的一侧安装有托盘8。所述菱形蜂窝结构Ⅰ4、新型蜂窝结构5和菱形蜂窝结构Ⅱ6的材料均为不锈钢、铝或FRP。
所述菱形蜂窝结构Ⅰ4背离新型蜂窝结构5的一侧安装有加载垫圈3，锚杆杆体9的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘8、菱形蜂窝结构Ⅱ6、新型蜂窝结构5、菱形蜂窝结构Ⅰ4并伸出加载垫圈3，预紧螺母1旋入锚杆杆体9的伸出端。
所述托盘8与巷道围岩抵紧，减摩垫圈2设置在预紧螺母1与加载垫圈3之间。设置所述加载垫圈3是为了防止预紧螺母1和防冲构件7滑脱，进而保证防冲构件7安装稳定性。设置所述减摩垫圈2是为了防止预紧螺母1、减摩垫圈2、加载垫圈3、防冲构件7和托盘8严密接触时锚杆杆体9受偏心应力和应力集中，也不会导致锚杆杆体9受力不良，使锚固系统始终处于主动支护状态。
参见图2，所述菱形蜂窝结构Ⅰ4包括菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14上的上面板Ⅰ10和下面板Ⅰ11，上面板Ⅰ10与新型蜂窝结构5接触，下面板Ⅰ11与加载垫圈3接触。
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14包括相互连接的若干单胞结构。
所述菱形蜂窝结构Ⅱ6包括菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15上的上面板Ⅱ12和下面板Ⅱ13，下面板Ⅱ13与新型蜂窝结构5接触，上面板Ⅱ12与托盘8接触。
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15包括相互连接的若干单胞结构。
所述防冲构件7上套设有套筒16，套筒16的一端与上面板Ⅱ12齐平且与上面板Ⅱ12密封连接，套筒16的另一端与下面板Ⅰ11齐平且与下面板Ⅰ11密封连接。
所述套筒16采用高强度、高韧性塑料制成，套筒16中注入剪切增稠液，使剪切增稠液填充在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14与菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15的单胞结构内，但不会流入新型蜂窝结构5，要求套筒16所用高强度、高韧性材料不影响防冲构件7的变形过程。
所述剪切增稠液为纳米二氧化硅颗粒和聚乙二醇的混合液。
所述新型蜂窝结构5由3D打印而成，打印完成后进行热处理。所述新型蜂窝结构5的长度方向与锚杆杆体9的长度方向一致，参见图3，新型蜂窝结构5包括若干圆筒Ⅰ、若干圆筒Ⅱ和若干连接柱，圆筒Ⅰ、圆筒Ⅱ和连接柱的长度方向均与新型蜂窝结构5的长度方向一致，圆筒Ⅰ的直径小于圆筒Ⅱ的直径，连接柱的横截面呈十字形。
若干所述圆筒Ⅰ呈矩阵布置，相邻圆筒Ⅰ之间采用连接柱连接，每相邻的四个圆筒Ⅰ和四个连接柱连接围合成的腔体内设置有圆筒Ⅱ，圆筒Ⅱ分别与四个连接柱连接。
所述新型蜂窝结构5长度方向的两个端面上均连接有封板，两块封板将新型蜂窝结构5的内部密封，剪切增稠液位于新型蜂窝结构5外壁与套筒16内壁之间。
值得说明的是，本实施例所述结构利用充填剪切增稠液和菱形蜂窝结构达到抗冲击的目的。剪切增稠液有其自身优势：剪切增稠液在未受到冲击时，呈液体形态，阻尼系数小，流动性大；在受到冲击后，剪切增稠液变硬，阻尼系数增大，流动性减小，且在一定范围内，受到的冲击越大，该效果越明显，且剪切增稠液能反复吸收小冲击能量而不影响防冲构件的结构性能，有效减少了疲劳损伤；将剪切增稠液充填在菱形蜂窝结构中，受到冲击时，剪切增稠液变硬，刚性增强，能为菱形蜂窝结构提供支撑，此过程不仅能增强锚杆的支撑力还能吸收大量的冲击能量，从而达到“抗”冲击的目的；冲击消失后，剪切增稠液恢复到原有状态，能有效避免疲劳损坏，吸能防冲件以及锚杆与锚索的使用寿命显著提升。
此外，本实施例所述新型蜂窝结构在面外受压时，在有限安装空间内较传统的蜂窝结构平台应力更高，体积比吸能远高于传统蜂窝，将其设置在防冲构件的中部，在受到强烈冲击时，其胞壁发生折叠变形与弯曲变形，能很好地达到让压效果，恒阻让压增加了锚杆的延伸率，使锚杆在受到冲击时破断困难，同时能吸收大量的冲击能量。菱形蜂窝结构在受到大冲击时胞壁会发生折叠变形和弯曲变形，但由于菱形蜂窝结构内部填充了剪切增稠液，其变形程度较新型蜂窝小，变形让压吸能能力较新型蜂窝弱，但仍能吸收部分能量。
同时，充填的剪切增稠液对剪切应变十分敏感，因此在工作时不需要像电流变材料或磁流变材料需外加电场或磁场，使得本防冲吸能器为无源器件，可以实现冲击载荷下的自启动。
实施例2：
本实施例公开了让抗一体吸能防冲锚杆的抗冲击方法，基于实施例1所述的让抗一体吸能防冲锚杆，当所述锚杆杆体9遭受冲击时，套筒16中的剪切增稠液瞬间变硬吸收能量，同时充填在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15的剪切增稠液变硬为芯层提供支撑，冲击消失后，剪切增稠液恢复原状，此过程能够有效降低较弱冲击力对锚杆造成的疲劳损伤。当冲击能量超过剪切增稠液吸能性能时，除剪切增稠液变硬吸收能量外，所述新型蜂窝结构5、菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15均通过塑性变形吸收能量，新型蜂窝结构5产生较大变形，菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15产生较小变形。
本实施例所述方法的原理为：在锚杆的托盘与预紧螺母之间设置防冲构件，防冲构件的上部和下部安装充填有剪切增稠液的菱形蜂窝结构，提高锚杆的支撑力并吸收部分冲击能量，达到“抗”的作用，同时，防冲构件的中部安装新型蜂窝结构，通过蜂窝结构的塑性变形实现让压并吸收部分能量，达到“让”的作用；防冲构件上中下部整体实现“让抗一体”吸能防冲效果。
具体的，采用本实施例所述方法可取的如下有益效果：
1.能够适应冲击地压、岩爆等事故造成的围岩快速大变形，通过合理将锚杆布置在围岩中，能有效的引导冲击能量的释放和转化，一方面剪切增稠液能够吸收大量能量，另一方面，新型蜂窝结构在让位缓冲的过程中，能够有效降低冲击动载影响，保障整个支护体系的稳定，从而维护巷道围岩和地下空间工程的安全；
2.充填的剪切增稠液是一种新型智能材料，利用剪切增稠液的特性制造的吸能防冲件，在一定范围内的冲击下，通过剪切增稠液变硬吸收冲击能量；同时，剪切增稠液充填于菱形蜂窝结构中，剪切增稠液变硬，刚性支撑增强，能增强为菱形蜂窝结构提供支撑，进而提升防冲构件的整体“抗”冲击性能；在冲击载荷消失后，剪切增稠液恢复到原有状态，能有效避免疲劳损坏，防冲构件和锚杆的使用寿命显著提升；
3.本发明所使用的菱形蜂窝结构在受到大冲击时胞壁会发生折叠变形和弯曲变形，但由于菱形蜂窝结构内部填充了剪切增稠液，其变形程度较小，变形让压吸能能力较弱；新型蜂窝结构胞壁在受到冲击时会发生折叠变形和弯曲变形，由于新型蜂窝内部未进行充填，给新型蜂窝提供了大量的让位空间，从而使锚杆恒阻让压，与此同时，恒阻让压增加了锚杆的延伸率，使锚杆在受到冲击时破断困难，从而有效提升了锚杆的支护安全性及其适用寿命；
4.充填的剪切增稠液对剪切应变十分敏感，因此在工作时不需要像电流变材料或磁流变材料需外加电场或磁场，使得本防冲吸能器为无源器件，可以实现冲击载荷下的自启动。
实施例3：
本实施例公开了让抗一体吸能防冲锚杆，包括预紧螺母1、减摩垫圈2、加载垫圈3、防冲构件7、托盘8和锚杆杆体9。
参见图1，所述防冲构件7包括菱形蜂窝结构Ⅰ4、新型蜂窝结构5和菱形蜂窝结构Ⅱ6，新型蜂窝结构5粘合在菱形蜂窝结构Ⅰ4和菱形蜂窝结构Ⅱ6之间，新型蜂窝结构5内部密封，菱形蜂窝结构Ⅱ6背离新型蜂窝结构5的一侧安装有托盘8。
所述菱形蜂窝结构Ⅰ4背离新型蜂窝结构5的一侧安装有加载垫圈3，锚杆杆体9的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘8、菱形蜂窝结构Ⅱ6、新型蜂窝结构5、菱形蜂窝结构Ⅰ4并伸出加载垫圈3，预紧螺母1旋入锚杆杆体9的伸出端。
所述托盘8与巷道围岩抵紧，减摩垫圈2设置在预紧螺母1与加载垫圈3之间。
参见图2，所述菱形蜂窝结构Ⅰ4包括菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14上的上面板Ⅰ10和下面板Ⅰ11，上面板Ⅰ10与新型蜂窝结构5接触，下面板Ⅰ11与加载垫圈3接触。
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14包括相互连接的若干单胞结构。
所述菱形蜂窝结构Ⅱ6包括菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15上的上面板Ⅱ12和下面板Ⅱ13，下面板Ⅱ13与新型蜂窝结构5接触，上面板Ⅱ12与托盘8接触。
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15包括相互连接的若干单胞结构。
所述防冲构件7上套设有套筒16，套筒16由具有韧性的塑料制成，套筒16的一端与上面板Ⅱ12齐平且与上面板Ⅱ12密封连接，套筒16的另一端与下面板Ⅰ11齐平且与下面板Ⅰ11密封连接。
所述套筒16内注入剪切增稠液，剪切增稠液填充到菱形蜂窝结构芯层Ⅰ14和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ15的单胞结构内。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述新型蜂窝结构5由金属3D打印而成，打印完成后进行热处理。
所述新型蜂窝结构5的长度方向与锚杆杆体9的长度方向一致，参见图3，新型蜂窝结构5包括若干圆筒Ⅰ、若干圆筒Ⅱ和若干连接柱，圆筒Ⅰ、圆筒Ⅱ和连接柱的长度方向均与新型蜂窝结构5的长度方向一致，圆筒Ⅰ的直径小于圆筒Ⅱ的直径，连接柱的横截面呈十字形。
若干所述圆筒Ⅰ呈矩阵布置，相邻圆筒Ⅰ之间采用连接柱连接，每相邻的四个圆筒Ⅰ和四个连接柱连接围合成的腔体内设置有圆筒Ⅱ，圆筒Ⅱ分别与四个连接柱连接。
所述新型蜂窝结构5长度方向的两个端面上均连接有封板，两块封板将新型蜂窝结构5的内部密封，剪切增稠液位于新型蜂窝结构5外壁与套筒16内壁之间。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述剪切增稠液为纳米二氧化硅颗粒和聚乙二醇的混合液。剪切增稠液在受到冲击时瞬间变硬，在吸收大量能量的同时，刚性支撑增强，为菱形蜂窝结构提供支撑，增强菱形蜂窝结构承载力。
Claims (3)
1.让抗一体吸能防冲锚杆，其特征在于：包括预紧螺母(1)、减摩垫圈(2)、加载垫圈(3)、防冲构件(7)、托盘(8)和锚杆杆体(9)；
所述防冲构件(7)包括菱形蜂窝结构Ⅰ(4)、新型蜂窝结构(5)和菱形蜂窝结构Ⅱ(6)，新型蜂窝结构(5)粘合在菱形蜂窝结构Ⅰ(4)和菱形蜂窝结构Ⅱ(6)之间，新型蜂窝结构(5)内部密封，菱形蜂窝结构Ⅱ(6)背离新型蜂窝结构(5)的一侧安装有托盘(8)；
所述菱形蜂窝结构Ⅰ(4)背离新型蜂窝结构(5)的一侧安装有加载垫圈(3)，锚杆杆体(9)的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘(8)、菱形蜂窝结构Ⅱ(6)、新型蜂窝结构(5)、菱形蜂窝结构Ⅰ(4)并伸出加载垫圈(3)，预紧螺母(1)旋入锚杆杆体(9)的伸出端；
所述托盘(8)与巷道围岩抵紧，减摩垫圈(2)设置在预紧螺母(1)与加载垫圈(3)之间；
所述菱形蜂窝结构Ⅰ(4)包括菱形蜂窝结构芯层Ⅰ(14)以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ(14)上的上面板Ⅰ(10)和下面板Ⅰ(11)，上面板Ⅰ(10)与新型蜂窝结构(5)接触，下面板Ⅰ(11)与加载垫圈(3)接触；
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅰ(14)包括相互连接的若干单胞结构；
所述菱形蜂窝结构Ⅱ(6)包括菱形蜂窝结构芯层Ⅱ(15)以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅱ(15)上的上面板Ⅱ(12)和下面板Ⅱ(13)，下面板Ⅱ(13)与新型蜂窝结构(5)接触，上面板Ⅱ(12)与托盘(8)接触；
所述菱形蜂窝结构芯层Ⅱ(15)包括相互连接的若干单胞结构；
所述防冲构件(7)上套设有套筒(16)，套筒(16)由具有韧性的塑料制成，套筒(16)的一端与上面板Ⅱ(12)齐平且与上面板Ⅱ(12)密封连接，套筒(16)的另一端与下面板Ⅰ(11)齐平且与下面板Ⅰ(11)密封连接；
所述套筒(16)内注入剪切增稠液，剪切增稠液填充到菱形蜂窝结构芯层Ⅰ(14)和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ(15)的单胞结构内；
所述新型蜂窝结构(5)由金属3D打印而成，打印完成后进行热处理；
所述新型蜂窝结构(5)的长度方向与锚杆杆体(9)的长度方向一致，新型蜂窝结构(5)包括若干圆筒Ⅰ、若干圆筒Ⅱ和若干连接柱，圆筒Ⅰ、圆筒Ⅱ和连接柱的长度方向均与新型蜂窝结构(5)的长度方向一致，圆筒Ⅰ的直径小于圆筒Ⅱ的直径，连接柱的横截面呈十字形；
若干所述圆筒Ⅰ呈矩阵布置，相邻圆筒Ⅰ之间采用连接柱连接，每相邻的四个圆筒Ⅰ和四个连接柱连接围合成的腔体内设置有圆筒Ⅱ，圆筒Ⅱ分别与四个连接柱连接；
所述新型蜂窝结构(5)长度方向的两个端面上均连接有封板，两块封板将新型蜂窝结构(5)的内部密封，剪切增稠液位于新型蜂窝结构(5)外壁与套筒(16)内壁之间。
2.根据权利要求1所述的让抗一体吸能防冲锚杆，其特征在于：所述剪切增稠液为纳米二氧化硅颗粒和聚乙二醇的混合液。
3.让抗一体吸能防冲锚杆的抗冲击方法，基于权利要求1或2所述的让抗一体吸能防冲锚杆，其特征在于：当所述锚杆杆体(9)遭受冲击时，套筒(16)中的剪切增稠液瞬间变硬吸收能量，同时充填在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ(14)和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ(15)的剪切增稠液变硬为芯层提供支撑，冲击消失后，剪切增稠液恢复原状；当冲击力能量超过剪切增稠液吸能性能时，除剪切增稠液变硬吸收能量外，所述新型蜂窝结构(5)、菱形蜂窝结构芯层Ⅰ(14)和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ(15)均通过塑性变形吸收能量。
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|---|---|---|---|---|
| CN116398567B (zh) * | 2023-03-27 | 2023-09-22 | 江苏科技大学 | 波纹型薄壁三层缓冲吸能结构及其制作方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4523880A (en) * | 1982-05-14 | 1985-06-18 | H. Weidmann, Ag | Tie rod assembly for rock borehole anchor |
| CN102678146A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-09-19 | 中南大学 | 一种快速安装高效吸能矿用锚杆 |
| CN103016035A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 辽宁工程技术大学 | 一种煤矿用让位缓冲吸能防冲锚杆索 |
| CN203067633U (zh) * | 2013-01-30 | 2013-07-17 | 华北电力大学（保定） | 一种防撞吸能结构 |
| CN104476828A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-04-01 | 中国科学院力学研究所 | 夹芯吸能装置 |
| CN104697674A (zh) * | 2015-02-01 | 2015-06-10 | 山东科技大学 | 锚杆受力测试装置及其应用方法 |
| CN104890308A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-09 | 湖南大学 | 一种三明治结构及蜂窝结构芯体 |
| CN108071419A (zh) * | 2016-11-10 | 2018-05-25 | 辽宁工程技术大学 | 一种用于煤矿的冲击地压防护装置 |
| CN109356629A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-19 | 成都理工大学 | 一种大变形卸压抗冲击锚杆的使用方法 |
| WO2019086771A1 (fr) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | Vigier Romuald | Noyau poreux modulaire pour le moulage de pièces à structure alvéolaire |
| CN211500688U (zh) * | 2019-10-15 | 2020-09-15 | 天地科技股份有限公司 | 吸能防冲锚固组件 |
| CN111971458A (zh) * | 2018-03-22 | 2020-11-20 | 劳斯莱斯股份有限公司 | 风扇轨道衬套 |
| CN212927906U (zh) * | 2020-09-10 | 2021-04-09 | 昆明理工大学 | 一种吸能卸压型抗岩爆锚杆 |
| CN214340234U (zh) * | 2020-12-01 | 2021-10-08 | 中国科学院力学研究所 | 一种蜂窝式抗冲击复合结构 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10813401B2 (en) * | 2013-07-31 | 2020-10-27 | Zymplr LC | Headband to reduce concussions and traumatic brain injuries |
| US11020909B2 (en) * | 2017-10-20 | 2021-06-01 | University Of Tennessee Research Foundation | Methods of producing a cellular structure |
| US11459085B2 (en) * | 2019-04-30 | 2022-10-04 | Textron Innovations Inc. | Energy attenuation stabilizers and methods |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111357905.0A patent/CN114352331B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4523880A (en) * | 1982-05-14 | 1985-06-18 | H. Weidmann, Ag | Tie rod assembly for rock borehole anchor |
| CN102678146A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-09-19 | 中南大学 | 一种快速安装高效吸能矿用锚杆 |
| CN103016035A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 辽宁工程技术大学 | 一种煤矿用让位缓冲吸能防冲锚杆索 |
| CN203067633U (zh) * | 2013-01-30 | 2013-07-17 | 华北电力大学（保定） | 一种防撞吸能结构 |
| CN104476828A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-04-01 | 中国科学院力学研究所 | 夹芯吸能装置 |
| CN104697674A (zh) * | 2015-02-01 | 2015-06-10 | 山东科技大学 | 锚杆受力测试装置及其应用方法 |
| CN104890308A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-09 | 湖南大学 | 一种三明治结构及蜂窝结构芯体 |
| CN108071419A (zh) * | 2016-11-10 | 2018-05-25 | 辽宁工程技术大学 | 一种用于煤矿的冲击地压防护装置 |
| WO2019086771A1 (fr) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | Vigier Romuald | Noyau poreux modulaire pour le moulage de pièces à structure alvéolaire |
| CN111971458A (zh) * | 2018-03-22 | 2020-11-20 | 劳斯莱斯股份有限公司 | 风扇轨道衬套 |
| CN109356629A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-19 | 成都理工大学 | 一种大变形卸压抗冲击锚杆的使用方法 |
| CN211500688U (zh) * | 2019-10-15 | 2020-09-15 | 天地科技股份有限公司 | 吸能防冲锚固组件 |
| CN212927906U (zh) * | 2020-09-10 | 2021-04-09 | 昆明理工大学 | 一种吸能卸压型抗岩爆锚杆 |
| CN214340234U (zh) * | 2020-12-01 | 2021-10-08 | 中国科学院力学研究所 | 一种蜂窝式抗冲击复合结构 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 4D打印:智能材料与结构增材制造技术的研究进展;陈花玲;罗斌;朱子才;李博;;西安交通大学学报(第02期);第6-17页 * |
| NPR锚杆/索支护原理及大变形控制技术;何满潮;李晨;宫伟力;王炯;陶志刚;;岩石力学与工程学报(第08期);第5-21页 * |
| 剪切增稠液及其复合材料;秦建彬;张广成;史学涛;;材料导报(第07期);第62-67页 * |
| 手性蜂窝夹芯概念发动机罩行人头部保护性能仿真;杨姝;江峰;丁宏飞;于晨;亓昌;;华南理工大学学报(自然科学版)(第12期);第44-48页和第67页 * |
| 热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为;彭世伟;陈立明;刘后常;杜冰;陈保才;樊振华;;重庆大学学报(第02期);第86-94页 * |
| 爆炸载荷下层级蜂窝铝夹芯板的动力响应分析;孙光永;张敬涛;李世强;李光耀;;华南理工大学学报(自然科学版)(第05期);第147-152页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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