CN114468454A - 具有限定的多阶段压溃特性的能量吸收结构 - Google Patents

具有限定的多阶段压溃特性的能量吸收结构 Download PDF

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CN114468454A CN202210189295.6A CN202210189295A CN114468454A CN 114468454 A CN114468454 A CN 114468454A CN 202210189295 A CN202210189295 A CN 202210189295A CN 114468454 A CN114468454 A CN 114468454A
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Abstract

具有限定的多阶段压溃特性的能量吸收结构。一种冲击吸收结构，包括形成片材的复数个互连单元，每个单元具有侧壁和纵向轴。每个单元可以被配置成通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收能量，至少一个单元的侧壁包括几何扰动部，所述几何扰动部沿不平行于所述单元的纵向轴的方向定向。所述几何扰动部可以减小引起单元的塑性变形所需的载荷。

Description

具有限定的多阶段压溃特性的能量吸收结构
本申请是名为“具有限定的多阶段压溃特性的能量吸收结构”、申请号为201680038470.4的中国专利申请的分案申请，专利申请201680038470.4是根据专利合作条约于2016年5月13日提交的国际申请(PCT/US2016/032488)进入中国国家阶段的国家申请，该申请的优先权日为2015年6月2日。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月2日提交美国临时专利申请第62/169,844号的在先申请日的优先权权益，该美国临时专利申请通过参引全部并入本文。
技术领域
实施方案涉及具有诸如通过塑性变形控制互连单元的屈曲的限定的压溃特性的诸如轻质蜂窝状结构的减缓冲击的多孔(cellular)结构。
背景技术
能量吸收多孔结构被广泛应用于多种领域，包括头部保护装置的衬垫、防弹衣的衬垫以及地板和墙壁的衬垫，以减少由于冲击而受伤的风险。经常使用由橡胶或膨胀泡沫制成的能量吸收结构通过弹性地吸收能量来缓冲冲击，以防止受伤。与这些材料相比，具有规则单元几何形状的能量吸收结构(例如，蜂窝状件)可能不太致密且较轻，并且可以允许通过该结构进行通风，这在能量吸收结构被用作头盔中的防冲击衬垫时是期望的，以例如用于冷却。此外，蜂窝状结构在冲击期间由于受控的屈曲而主要经受塑性的不可恢复的变形。此类能量吸收存储最少的能量并且因此消除了在弹性材料中建立有害的回弹力的可能性。
标准蜂窝状结构的内在局限性在于其非线性压缩刚度，其特征在于在单元屈曲开始之后减小的较大的初始刚度。更具体地，通过沿其纵向轴方向的压缩使单元屈曲需要的力大于继续压缩单元结构所需的力。为了消除此初始刚度峰值，蜂窝状结构可以被预压溃(precrush)。这种预压溃引发单元壁的随机屈曲，所述屈曲通常始于单元的上边缘或下边缘。然而，尽管屈曲的程度可以通过预压溃的程度来控制，但是也不可能确保起皱沿着单元的轴发生在限定的位置内。
发明内容
本申请提供一种冲击吸收结构，包括形成片材的复数个互连单元，每个单元具有侧壁和纵向轴，其中，每个单元被配置成通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收能量，其中至少一个单元的侧壁包括几何扰动部，其中所述几何扰动部沿不平行于所述单元的所述纵向轴的方向定向，以及其中所述几何扰动部减小了引起所述单元的塑性变形所需的载荷。
本申请提供一种包括单元的重复图案的冲击吸收结构，每个单元具有纵向轴并且适于通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收一个或更多个平面中的能量，其中一个或更多个所述单元的侧壁包括相对于所述纵向轴主要沿横向方向定向的几何扰动部，并且其中所述几何扰动部减小了引起一个或更多个所述单元沿垂直于所述单元的所述纵向轴的方向发生塑性变形所需的载荷。
本申请还提供一种包括前述的冲击吸收结构的保护性头戴装置。
附图说明
通过结合附图的以下详细描述，将容易理解实施方案。在附图中通过实例的方式而不是以限制的方式来说明实施方案。
图1是根据多种实施方案的具有六边形单元的蜂窝状件的立体图，该六边形单元包括基本上不平行于单元的纵向轴的几何扰动部；
图2A和图2B是示出了根据多种实施方案的单元侧壁扰动部对作为压缩率的函数的压溃应力(crush stress)的影响(图2A)与单元侧壁扰动部对剪切刚度的影响(图2B)之间的关联性的两个图；
图3是根据多种实施方案的来自图1中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分；
图4是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述凹角(re-entrant)结构：该凹角结构具有改进的可成形性，包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部；
图5是根据多种实施方案的来自图4中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分；
图6是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述结构：所述结构具有改进的可成形性，沿着单元中间部段包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部；
图7描绘了根据多种实施方案的具有四个毗邻的几何扰动部的六边形单元在不存在剪切载荷和存在剪切载荷的情况下的截面。
图8是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述结构：该结构具有改进的可成形性和同向弯曲(synclastic)变形行为并且沿着单元中间部段包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部；
图9是根据多种实施方案的来自图8中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分。
图10描绘了根据多种实施方案的通过以交替方式增材制造两种类型的层来制造图8的冲击吸收蜂窝状件的方法。
具体实施方式
在以下详细描述中，参照了形成本描述的一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实施的实施方案。将理解的是，在不背离范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以进行结构或逻辑的改变。因此，以下详细描述不应当被认为具有限制意义，并且实施方案的范围由所附权利要求及其等同方案限定。
以能够有助于理解实施方案的方式将各种操作描述为依次进行的多个离散的操作；然而，描述的顺序不应当被解释为暗示根据这种顺序进行这些操作。
该描述可以使用基于视角的描述，例如上/下、后/前以及顶部/底部。这种描述仅用于方便论述而不意在限制所公开的实施方案的应用。
可以使用术语“耦接”和“连接”及其派生词。应当理解的是，不应当将这些术语视为是彼此同义的。相反，在特定实施方案中，“连接”可以用于表示两个或更多个元件彼此直接物理接触。“耦接”可能意味着两个或更多个元件直接物理。然而，“耦接”还可能意味着两个或更多个元件并非彼此直接接触但仍然彼此配合或相互作用。
出于描述的目的，“A/B”形式的措辞或“A和/或B”形式的措辞是指(A)、(B)或者(A和B)。出于描述的目的，“A、B和C中的至少一者”形式的措辞是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)。出于描述的目的，“(A)B”形式的措辞是指(B)或者(AB)，即A为可选元件。
本说明书可以使用术语“实施方案”或“多个实施方案”，这些术语可以均指的是相同或不同的实施方案中的一个或更多个实施方案。此外，如关于多个实施方案所使用的，术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的。
本文中的实施方案提供具有可改变的刚度和压溃强度(crush strength)的能量吸收结构以及提供改变能量吸收结构的刚度和压溃强度的方法。在多种实施方案中，能量吸收结构包括空隙的重复图案(例如作为片材)，所述空隙形成基本上沿相同方向定向的单元，单元中每个单元的纵向方向基本上垂直于该结构的平面定向。在多种实施方案中，这样的结构可以采取多孔配置和/或蜂窝状配置的形式。文本中所使用的术语“蜂窝状”不是指特定的图案或截面几何形状，而是指单元的图案的矩阵，无论所述图案在单元组成中是重复的、有序的、半有序的还是随机的。
在多种实施方案中，一个或更多个几何扰动部可以被沿基本上不平行于单元的纵向轴的方向(例如，沿基本上横向或垂直方向)施加至单元侧壁，以便以受控方式减小结构的刚度和压溃强度，以例如减小引起单元塑性变形而不是弹性变形所需的载荷。因此，公开了一种冲击吸收结构，其包括单元的重复图案，每个单元具有纵向轴并且适于通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收一个或更多个平面中的能量。在实施方案中，一个或更多个单元的侧壁包括相对于纵向轴主要沿横向方向定向的几何扰动部，其中，几何扰动部减小了引起一个或更多个单元沿垂直于单元的纵向轴的方向塑性变形所需的载荷。
在一些实施方案中，几何扰动部基本上垂直于单元的纵向轴，比如垂直于穿过单元的中心的线。在实施方案中，几何扰动部降低了沿平行于单元的纵向轴的方向的压缩开始时的压溃应力。在实施方案中，当将载荷沿平行于至少一个单元的纵向轴的方向施加至至少一个单元时，单元例如通过使用单元壁中的多个几何扰动部而表现出复数个压缩刚度值。
在多种实施方案中，这些几何扰动部可以采取褶皱部、折痕部、变薄区域、突起部、脊部或其组合的形式。在多种实施方案中，可以通过改变这些几何扰动部的形状、大小、取向、分布和数目来实现各种各样的压缩特性。几何扰动部可以在一些实施方案中是有序的，其中，复数个单元包括相似的扰动部。在一些实施方案中，每个单元或单元的区域中的每个单元可以包括相同或相似的扰动部，而在其他实施方案中，不同的单元可以包括不同的扰动部。在多种实施方案中，几何扰动部可以被施加至每个单元的一个或更多个侧壁或者被施加至较大结构内的选定单元。另外，在一些实施方案中，单元侧壁可以具有一个或更多个几何扰动部，并且这些扰动部可以彼此毗邻，或者其可以分布在单元侧壁上。在一些实施方案中，几何扰动部可以在单元侧壁表面的仅一部分上延伸，而在其他实施方案中，几何扰动部可以跨越单元侧壁表面的整个宽度延伸。在实施方案中，所有互连单元在单元壁中包括至少一个几何扰动部。在实施方案中，包括几何扰动部的复数个互连单元被限制至冲击吸收结构的区域。在实施方案中，包括几何扰动部的复数个互连单元均匀地分布在冲击吸收结构内。在实施方案中，几何扰动部相对于单元或两个或更多个相邻单元的侧壁是凸出的、凹入的或者包括凸出的和凹入的二者。在实施方案中，几何扰动部相对于第一单元的侧壁是凸出的，相对于毗邻第一单元的第二单元的侧壁是凹入的。
在一些实施方案中，几何扰动部或多个扰动部减小了例如导致冲击吸收结构响应于切向载荷(即，以不平行于单元的纵向轴的角度施加的载荷)发生横向剪切所需的载荷。在一些实施方案中，单元可具有多个几何扰动部，以例如提供冲击吸收结构响应于切向载荷发生纵向压溃和横向剪切。
在能量吸收结构是头盔衬垫的一部分的示例性实施方案中，包括减小的剪切刚度可以允许内表面(比如，与穿戴者接触的表面)相对于头盔的外部部分沿横向方向移动。此横向运动在与轴向压溃特性相结合时使得衬垫能够吸收冲击并且使得穿戴者的头部相对于头盔的外壳横向移动，从而基本上允许一些滑动而不是由于侧击而粘附。此类型的运动可以使穿戴者头部例如在自行车或摩托车事故中撞击路面或其他硬表面时可能遇到的伤害减小。
在多种实施方案中，能量吸收多孔结构(例如，蜂窝状件)可以由聚合物、弹性体、金属、纤维素、树脂、纸形成或材料的组合形成。在多种实施方案中，多孔结构可以通过将单元三维印刷、成波状(corrugation)、膨胀、粘合或熔合成蜂窝状结构来形成，或者通过将预成形片材或单元堆叠和熔合来形成。在一些实施方案中，例如当使用热塑性材料时，预成形片材可以通过热成形来形成。替代性地，在其他实施方案中，片材可以通过机械冲压或压花(embossing)来预成形。在实施方案中，冲击吸收结构通过将复数个成形片材或单元接合来生产。在实施方案中，冲击吸收结构通过使用增材制造技术生产层来制造。在实施方案中，片材或单元经由挤出或者通过机械成形工艺来生产。在实施方案中，几何扰动部被施加至预先存在的片材或单元。
在多种实施方案中，为了改进能量吸收结构的可成形性，单元可以具有凹角几何形状。具有凹角几何形状的单元将具有不是与毗邻的单元的侧壁简单地形成平的(例如，平坦)接合部的一个或更多个单元侧壁，而是具有下述一个或更多个单元侧壁：具有附加曲率(例如，凹角弯折部)并且沿平行于单元的纵向方向的方向定向。不受理论束缚，据信一些凹角单元几何形状可以提供蜂窝状结构的同向弯曲或拉胀(auxetic)行为，从而使其符合球形形状，例如，头盔内部或其他头戴装置(headgear)，同时保持规则的单元几何形状而不产生互反行为并且不引起单元侧壁的屈曲或破坏。在多种实施方案中，本文中所描述的单元侧壁的几何扰动部可以在凹角单元几何形状上叠加。
在多种实施方案中，本文中所公开的结构可以提供对能量吸收多孔结构的压缩刚度和/或剪切刚度以及能量吸收多孔结构的压溃强度的控制。在一些实施方案中，通过控制压缩刚度，所公开的结构可以消除常规蜂窝状结构中固有的初始刚度峰值。此外，在一些实施方案中，所公开的结构可以提供多阶段压缩刚度，其中，蜂窝状件可以在初始压缩下提供减小的压缩刚度，和响应于另外的压缩的较大的压缩刚度。另外，在多种实施方案中，所公开的结构可以减小常规蜂窝状结构固有的高剪切刚度。在多种实施方案中，如本文所公开的，这种受控功能可以被集成到单个蜂窝状结构中。
如上所述，多种实施方案涉及将几何扰动部施加至能量吸收多孔结构的单元侧壁，并且这些扰动部可以被沿基本上不平行于单元的纵向方向的方向施加。在多种实施方案中，这些扰动部的目的可以是以受控的方式减小能量吸收结构的刚度和/或压溃强度。具体地，可以使用的扰动部类型的具体且非限制性的实例包括呈褶皱部、折痕部、变薄区域、切口、狭缝、突起部、脊部或其组合形式的几何扰动部。
所公开的结构的多种实施方案可以用来减小蜂窝状结构的压缩刚度，以例如在其被用作头部保护装置例如头盔中的防冲击衬垫时改进其冲击缓解性能。例如，在一些实施方案中，这样的衬垫可以通过下述方式形成：通过在单元侧壁中引入几何扰动部并将扰动部布置成使得其位于不平行于单元的纵向轴的方向上来减小蜂窝状结构的剪切刚度。
另外，通过在单元侧壁中存在几何限定的扰动部，这种蜂窝状结构的压溃强度可以被减小，使得单元的初始轴向压缩所需的压缩力可以以受控和可衡量(scalable)的方式被减小。总体上，本文中所公开的结构可以被设计成以可预测的、可再现的方式控制压缩刚度、剪切刚度和/或压溃强度，并且因此可以用来对用于冲击保护和缓解的宽范围的结构进行优化。
现在转至附图，图1是根据多种实施方案的具有六边形单元的示例性蜂窝状结构的立体图，所述六边形单元包括基本上不平行于单元的纵向轴的几何扰动部。在图1中示出的部分示例性蜂窝状结构100中，结构100具有高度H、宽度W和厚度T。在图示的实施方案中，单个六边形单元101由一般地平坦的单元侧壁102形成。为了控制蜂窝状结构100的压溃强度和刚度，可以将一个或更多个几何扰动部103施加至或并入到一个或更多个单元侧壁102中。在所图示的实施方案中，几何扰动部103包括彼此毗邻且垂直于单元的纵向轴A布置的三个褶皱部104a、104b，104c。在另一些实施方案中，可以采用仅单个这样的褶皱部。在又一些实施方案中，可以采用两个或更多个毗邻的褶皱部，或者两个或更多个褶皱部可以沿着单元侧壁分布并且可以被空间隔开。该示例性蜂窝状结构100可以形成为片材。
图2A和图2B是示出了根据多种实施方案的单元侧壁扰动部对作为压缩率的函数的压溃应力的影响(图2A)与单元侧壁扰动部对剪切刚度的影响(图2B)之间的关联性的两个曲线图。在不存在如本文中所描述的单元侧壁扰动部的情况下，单元的由单元的纵向轴方向上的压缩而屈曲所需的力比使单元结构继续压缩所需的力大。如实线所示的对应的压溃应力曲线描绘了压缩开始时的显著的压溃应力峰值。在多种实施方案中，此初始压溃应力峰值可以通过引入如本文中所描述的单个单元侧壁扰动部来消除。在多种实施方案中，这种几何限定的扰动部可以允许以受控的应力水平和位置开始单元屈曲，而不表现出初始压溃应力峰值，如由虚线所描绘的。在实施方案中，当将载荷沿平行于至少一个单元的纵向轴的方向施加至至少一个单元时，单元表现出复数个压缩刚度值。
在另一些实施方案中，如由点划线所描述的多阶段压溃应力曲线可以通过包括如本文中所描述的一系列单元侧壁扰动部来实现，该一系列单元侧壁扰动部可以彼此毗邻或者彼此不毗邻。在图示的实施方案中，较低的压溃应力平稳段继续直到低的压溃强度区域被压缩为止。此初始压溃应力平稳段表示减小的初始压缩刚度。随后的压溃应力平稳段表示升高的压缩刚度。因此，多孔结构表现出多阶段的压缩刚度。
图2A和图2B中所示的不同的多孔结构的所有三条曲线针对接近100％的压缩应变呈指数地增大，其中，接近100％的压缩应变表示通常被称为“触底(bottoming out)”的完全的单元压缩。因此，本文中所描述的几何限定的扰动部可以消除初始压溃应力峰值，并且可以在单个多孔结构内实现受控的多阶段压缩刚度。
图3是根据多种实施方案的来自图1中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分。如图3中所示，单个蜂窝状单元301可以具有三个毗邻的几何扰动部303a、303b、303c，几何扰动部303a、303b、303c在不平行于单元301的纵向轴A的方向上外接单元301。周围的蜂窝状单元侧壁302被部分地示出。在所图示的实施方案中，单元301具有高度T，并且具有几何扰动部303a、303b、303c的单元部分具有高度TP。在多种实施方案中，如果轴向压缩被沿着纵向轴A施加至单元301，则具有高度TP的单元部分可以具有比单元301的没有几何扰动部303a、303b、303c的其余部分低的压缩刚度。因此，单元301可以表现出多阶段刚度而不是线性刚度，因此在初始压缩下表现得较软，并且在超过具有高度TP的单元部分的压缩刚度的继续压缩下表现得较硬。
在此示例性实施方案中，几何扰动部303a、303b、303c被图示为一般的三角形形状。然而，其他实施方案可以包括具有矩形、正弦形或梯形形状或不同形状的组合的几何扰动部。在所图示的实施方案中，几何扰动部303a、303b、303c垂直于纵向轴A外接单元301。其他实施方案可包括倾斜于纵向轴A布置的几何扰动部。另外，尽管单元301被图示为具有六边形形状，但是在其他实施方案中，所述单元可以具有适合于规则多孔结构的任何其他形状。
在一些实施方案中，具有六边形或筒形单元的蜂窝状结构可以提供难以符合弯曲表面的固有刚性结构。此外，这样的标准蜂窝状件可以表现出显著的互反行为，其中，蜂窝状件在一个平面内的弯折将诱发同向弯曲材料的马鞍形变形而不是筒形变形。在多种实施方案中，这种互反行为使得标准蜂窝状件在不破坏其规则的单元几何形状的情况下不可能符合球形形状，例如头盔的形状。
由于这个原因，如美国专利第5,561,866号中所公开的，各个平坦蜂窝状区段的图案可以被布置成接近球形头盔形状而不是形成连续的蜂窝状衬垫。为了克服在美国专利第5,561,866号中描述的这种可成形性限制，本公开的蜂窝状结构可以具有凹角单元几何形状，其中，单元侧壁具有沿平行于单元的纵向方向的方向定向的附加曲率。在多种实施方案中，这种凹角单元几何形状可以允许蜂窝状结构在不经历互反行为且不引起单元侧壁屈曲或破坏的情况下符合球形形状。
图4灵根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，所述非六角形单元实现了下述凹角结构：所述凹角结构具有改进的可成形性，包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部。如图4中所图示的，在多种实施方案中，多孔结构400可以针对其单元401采用凹角几何形状。在多种实施方案中，此多孔结构400可以使得结构400能够符合球形形状，同时仍保持其单元401的规则的几何形状。在多种实施方案中，多孔结构400可以具有高度H、宽度W和厚度T，单个六边形单元401可以与一般地平坦的单元侧壁402一起形成。在所图示的实施方案中，单元401具有彼此不毗邻的两个几何扰动部403a、403b。
图5是根据多种实施方案的来自图4中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分。如图5中所图示的，所图示的实施方案示出了具有两个非毗邻的几何扰动部503a、503b的单个蜂窝状单元501，所述两个非毗邻的几何扰动部503a、503b沿不平行于单元501的纵向轴A的方向外接单元501。周围的蜂窝状单元侧壁502被部分地示出为由第一侧壁502a和第二侧壁502b形成，并且单元501具有高度T。在所图示的实施方案中，第一几何扰动部503a相对于单元501的第一侧壁502a被以凸出的方式施加。在示出的实施方案中，几何扰动部503a相对于单元501的第二侧壁502b被以凹入的方式施加。在多种实施方案中，凸出的扰动部和凹入的扰动部的这种交替设置可以实现多孔结构的规则的单元几何形状。在多种实施方案中，如果通过熔合预成形片材来制造多孔结构，则凹入的扰动部和凸出的扰动部的该交替布置可以有助于预成形片材的精确对准和堆叠以组装规则的多孔结构。
图6是根据多种实施方案的具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，所述非六边形单元实现了下述凹角结构：所述凹角结构具有改进的可成形性，沿着单元的中间部段包括基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部。如图6中所图示的，可以采用具有单元601的凹角几何形状的多孔结构600，使得多孔结构600可以符合球形形状，同时仍然保持其单元601的规则的几何形状。在所图示的实施方案中，多孔结构600具有高度H、宽度W和厚度T。在所图示的实施方案中，单元601已使用一般地平坦的单元侧壁602形成。所图示的实施方案的单元601具有定位在单元601的中间部段中的一个几何扰动部603。
图7描绘了根据多种实施方案的具有四个毗邻的几何扰动部的六边形单元在不存在剪切载荷和存在剪切载荷的情况下的截面。在图7中所图示的实施方案中，描绘了具有四个毗邻的几何扰动部703a、703b、703c、703d六边形单元701的在不存在剪切载荷L和存在剪切载荷L的情况下的截面。单元701的下部部段710不具有几何扰动部703并且在剪切载荷L下表现出很小的变形。相反地，位于单元701的上部部段704中的几何扰动部703a、703b、703c、703d降低了单元701的剪切刚度并且响应于剪切载荷L而经受比下部部段710更大的剪切变形。因此，在多种实施方案中，通过引入几何限定的扰动部，多孔结构的剪切刚度可以被以受控的方式减小，如本文中所公开的。
图8是具有非六边形单元的蜂窝状件的立体图，该非六边形单元实现了下述凹角结构：该凹角结构具有改进的可成形性和同向弯曲行为，这将基于特定的单元配置的负泊松比使蜂窝状件响应于弯折而自然地变形成球形形状。根据多种实施方案，该蜂窝状件还包括沿着单元中间部段的基本上不平行于单元的纵向方向的几何扰动部。如图8中所图示的，可以采用具有单元801的凹角几何形状的多孔结构800，使得多孔结构800在弯折时表现出同向弯曲行为。在所图示的实施方案中，多孔结构800具有高度H和宽度W。在所图示的实施方案中，单元801已经使用一般地平坦的单元侧壁802形成。所图示的实施方案的单元801具有定位在单元801的中间部段中的一个几何扰动部803。
图9是根据多种实施方案的来自图8中所示的蜂窝状件的单元的立体图，其示出了毗邻的单元的一部分。如图9中所图示的，所图示的实施方案示出了具有居中设置的几何扰动部901和902的单个蜂窝状单元900，所述几何扰动部901和902沿不平行于单元901的纵向轴903的方向外接单元900。周围的蜂窝状单元侧壁904被部分地示出，并且单元900具有高度T。在所图示的实施方案中，第一几何扰动部901相对于单元900的第一侧壁905被以凹入的方式施加。第二几何扰动部902相对于单元900的第二侧壁906被以凸出的方式施加。在多种实施方案中，凹入的扰动部901和凸出的扰动部902的交替布置可以实现多孔结构的规则的单元几何形状。在多种实施方案中，如果通过熔合预成形片材来制造蜂窝状结构，则这种凹入的扰动部和凸出的扰动部的交替布置可以有助于预成形片材的精确对准和堆叠以组装规则的多孔结构。
图10描绘根据多种实施方案的通过以交替方式增材制造两种类型的层1001和1002来制造图8的冲击吸收蜂窝状件的方法。层1001和1002可以由平坦片材原料通过热成形或型材挤出(profile extrusion)来制造。层1001的轮廓具有比层1002的轮廓更高的幅度。为了制造蜂窝状结构1003，层1001和1002被以交替的方式堆叠。对于组装而言，堆叠的衬垫将由于其正弦形轮廓而在适度的压缩下自行对齐。用以实现冲击吸收结构1003的交替的层1001和1002的永久熔合可以通过粘合剂粘合或热熔合来实现。
尽管本文中已经说明并描述了某些实施方案，但本领域的普通技术人员将领会的是，在不背离范围的情况下，预期的用以实现相同目的的多种替代和/或等同实施方案或实施方式可以替代所示出和描述的实施方案。本领域技术人员将容易领会的是，可以以众多方式来实施实施方案。本申请旨在涵盖本文中所论述的实施方案的任何改变或变化。因此，显然，这意味着实施方案仅受权利要求及其等同方案的限制。
本发明中还提供以下技术方案：
附注1.一种冲击吸收结构，包括形成片材的复数个互连单元，每个单元具有侧壁和纵向轴，其中，每个单元被配置成通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收能量，其中至少一个单元的侧壁包括几何扰动部，其中所述几何扰动部沿不平行于所述单元的所述纵向轴的方向定向，以及其中所述几何扰动部减小了引起所述单元的塑性变形所需的载荷。
附注2.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部减小了导致所述冲击吸收结构响应于切向载荷发生横向剪切所需的载荷。
附注3.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部降低了沿平行于所述至少一个单元的所述纵向轴的方向的压缩开始时的压溃应力。
附注4.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中当将载荷沿平行于所述至少一个单元的所述纵向轴的方向施加至所述至少一个单元时，所述至少一个单元表现出复数个压缩刚度值。
附注5.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部是所述侧壁中的褶皱部、突起部或脊部。
附注6.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中复数个所述互连单元在单元壁中包括几何扰动部。
附注7.根据附注6所述的冲击吸收结构，其中所有所述互连单元在单元壁中包括至少一个几何扰动部。
附注8.根据附注6所述的冲击吸收结构，其中包括所述几何扰动部的所述复数个互连单元被限制至所述冲击吸收结构的区域。
附注9.根据附注6所述的冲击吸收结构，其中包括所述几何扰动部的所述复数个互连单元均匀地分布在所述冲击吸收结构内。
附注10.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部相对于所述侧壁是凸出的、凹入的或者包括凸出的和凹入的二者。
附注11.根据附注10所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部相对于第一单元的侧壁是凸出的，相对于毗邻所述第一单元的第二单元的侧壁是凹入的。
附注12.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述冲击吸收结构由复数个被接合的成形片材或单元形成。
附注13.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述冲击吸收结构通过使用增材制造技术生产层来制造。
附注14.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述片材或单元经由挤出或者通过机械成形工艺来生产。
附注15.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部被施加至预先存在的片材或单元。
附注16.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述侧壁包括聚合物、弹性体、金属、纤维素、树脂、纸或其组合。
附注17.根据附注1所述的冲击吸收结构，其中所述冲击吸收结构表现出同向弯曲特性和/或拉胀特性。
附注18.一种包括单元的重复图案的冲击吸收结构，每个单元具有纵向轴并且适于通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收一个或更多个平面中的能量，其中一个或更多个所述单元的侧壁包括相对于所述纵向轴主要沿横向方向定向的几何扰动部，并且其中所述几何扰动部减小了引起一个或更多个所述单元沿垂直于所述单元的所述纵向轴的方向发生塑性变形所需的载荷。
附注19.一种包括根据附注18所述的冲击吸收结构的保护性头戴装置。

Claims (10)

1.一种冲击吸收结构，包括形成片材的复数个互连单元，每个单元具有侧壁和纵向轴，其中，每个单元被配置成通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收能量，其中至少一个单元的侧壁包括几何扰动部，其中所述几何扰动部沿不平行于所述单元的所述纵向轴的方向定向，以及其中所述几何扰动部减小了引起所述单元的塑性变形所需的载荷。
2.根据权利要求1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部减小了导致所述冲击吸收结构响应于切向载荷发生横向剪切所需的载荷。
3.根据权利要求1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部降低了沿平行于所述至少一个单元的所述纵向轴的方向的压缩开始时的压溃应力。
4.根据权利要求1所述的冲击吸收结构，其中当将载荷沿平行于所述至少一个单元的所述纵向轴的方向施加至所述至少一个单元时，所述至少一个单元表现出复数个压缩刚度值。
5.根据权利要求1所述的冲击吸收结构，其中所述几何扰动部是所述侧壁中的褶皱部、突起部或脊部。
6.根据权利要求1所述的冲击吸收结构，其中复数个所述互连单元在单元壁中包括几何扰动部。
7.根据权利要求6所述的冲击吸收结构，其中所有所述互连单元在单元壁中包括至少一个几何扰动部。
8.根据权利要求6所述的冲击吸收结构，其中包括所述几何扰动部的所述复数个互连单元被限制至所述冲击吸收结构的区域。
9.一种包括单元的重复图案的冲击吸收结构，每个单元具有纵向轴并且适于通过响应于所施加的载荷发生塑性变形来吸收一个或更多个平面中的能量，其中一个或更多个所述单元的侧壁包括相对于所述纵向轴主要沿横向方向定向的几何扰动部，并且其中所述几何扰动部减小了引起一个或更多个所述单元沿垂直于所述单元的所述纵向轴的方向发生塑性变形所需的载荷。
10.一种包括根据权利要求9所述的冲击吸收结构的保护性头戴装置。
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