CN114828682A - 用于冲击吸收的装置、系统和方法 - Google Patents

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CN114828682A CN202080082340.7A CN202080082340A CN114828682A CN 114828682 A CN114828682 A CN 114828682A CN 202080082340 A CN202080082340 A CN 202080082340A CN 114828682 A CN114828682 A CN 114828682A
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Abstract

本文提供了用于冲击吸收的装置、系统和方法。可塌缩冲击吸收装置具有：内壁，该内壁具有至少一个孔口；外壁；以及密封在外壁内的流体，该流体能够减轻负载期间力的急剧增加，并且可以更好地分配负载力。在某些情况下，本文公开的可塌缩冲击吸收装置用于防止对受试者的生物组织造成伤害或对无生命物体造成伤害。

Description

用于冲击吸收的装置、系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于减小物体所受的力和/或调节物体所受力的时间的装置、系统和方法。在某些情况下，本发明涉及用于减少对生物组织(例如，佩戴头盔的受试者的颅骨和/或大脑)造成伤害的装置、系统和方法。
背景技术
减轻由于物理冲击对生物组织和无生命物体造成的损害是一项复杂的技术挑战。除了吸收作用在受冲击物体上的物理力之外，控制负载速率和能量耗散对于保护物体免受损害也很重要。现有的可塌缩冲击吸收系统在冲击负载下没有理想的力轮廓。例如，泡沫和现有的个人防护设备(PPE)所施加的力随着系统的材料在负载下的位移而大大增加。在许多情况下，比如坚固泡沫衬垫，可塌缩能量吸收器的整个厚度不能用于吸收或耗散能量(例如，由于材料的压实)。因此，这些系统是为高冲击负载下的性能而设计的，使系统过于坚硬而无法在低严重性冲击期间以较低的力水平最佳地吸收能量。
此外，传统的冲击吸收装置所使用的冲击吸收机构通常具有刚性设计，需要大量空间。例如，刚性冲击吸收装置的尺寸是其工作行程长度的两倍以上。传统刚性冲击吸收装置的空间要求可能会阻止这些装置有效地部署在许多空间受限的应用中，比如小型或便携式设备和系统(例如防护头盔)，或者具有不允许结合附加的冲击吸收设备的构造。
因此，存在着改进冲击吸收装置和系统的需求。
发明内容
本发明总体上涉及用于减小物体所受的力和/或调节物体所受力的时间的装置、系统和方法。在某些情况下，本发明涉及用于减少对生物组织(例如，佩戴头盔的受试者的颅骨和/或大脑)造成伤害的装置、系统和方法。不一定所有这些方面或优点是通过任何特定的实施例来实现的。因此，各种实施例可以以实现或优化本文所教导的一个或多个优点或成组的优点的方式来实现，而不一定要实现本文也可能教导或建议的其它方面或优点。
本文提出的是用于吸收外部冲击力的装置，该装置具有：可塌缩伸长腔室，该可塌缩伸长腔室具有抵抗周向扩张的第一壁；再填充腔室，该再填充腔室至少部分地封围可塌缩伸长腔室的第一壁的外表面，其中，该再填充腔室构造成响应于内部压力而扩张；贮存空间，该贮存空间设置在再填充腔室的壁的内表面与第一壁的外表面之间，其中，可塌缩伸长腔室的内部经由穿过第一壁设置的至少一个孔口与贮存空间双向流体连通；以及不可压缩流体，该不可压缩流体包含在可塌缩伸长腔室的内部中，其中，当腔室由外部冲击力压缩时，随着不可压缩流体从腔室内部流过至少一个孔口，贮存空间接收不可压缩流体以扩张再填充腔室，由此冲击力由该装置吸收或耗散。在某些方面，再填充腔室的壁构造成响应于内部压力而在基本径向方向上周向地向外扩张。本文提出的是用于吸收能量的装置，该装置具有：第一腔室，该第一腔室具有围绕第一腔室的内部的第一壁，该第一壁包括至少一个孔口；第二腔室，该第二腔室具有第二壁，该第二壁联接到第一壁；以及不可压缩流体，该不可压缩流体设置在第一腔室内，其中第一腔室的内部经由至少一个孔口与设置在第一壁的外表面与第二壁的内表面之间的间隙体积双向流体连通。在某些方面，第二壁联接到第一壁的外表面。在某些方面，再填充腔室的壁具有弹性材料。在某些方面，贮存空间与第一可塌缩伸长腔室的内部以及第二可塌缩伸长腔室的内部双向流体连通。在某些方面，不可压缩流体是水。在某些方面，可塌缩伸长腔室是轴向可塌缩的。在某些方面，至少一个孔口的孔口穿过第一壁设置在可塌缩伸长腔室的近端处。在某些方面，至少一个孔口的孔口穿过第一壁设置在可塌缩伸长腔室的近端处。在某些方面，至少一个孔口的孔口穿过第一壁设置在可塌缩伸长腔室的近端与远端之间。在某些方面，至少一个孔口的孔口具有从1mm2到1,000mm2的截面面积。在某些方面，可塌缩伸长腔室的截面面积沿着装置的纵向轴线从近端到远端线性减小。在某些方面，可塌缩伸长腔室的截面面积沿着装置的纵向轴线从近端到远端非线性减小。在某些方面，该装置还包括设置在再填充腔室的壁的内表面与第一壁的外表面之间的膜。在某些方面，该膜是高强度材料。在某些方面，该膜具有可渗透材料。在某些方面，该膜具有不可渗透材料。在某些方面，该膜的至少一部分是机械各向同性的。在某些方面，该膜的至少一部分是机械各向同性的。在某些方面，可塌缩伸长腔室在未变形时具有从5mm到1,000mm的轴向高度。在某些方面，可塌缩伸长腔室在未变形时具有从10mm到50mm的轴向高度。在某些方面，可塌缩伸长腔室在未变形时具有从10mm到50mm的垂直于纵向轴线的最大宽度。在某些方面，可塌缩伸长腔室的近端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。在某些方面，可塌缩伸长腔室的远端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。在某些方面，该装置还具有弹性可压缩材料，该弹性可压缩材料设置在第一可塌缩伸长腔室内，并在该装置的近端处联接到第一壁的内表面。
本文提出的是用于吸收外部冲击力的系统，该系统具有：刚性支承件；一个或多个力吸收装置，其附接到刚性支承件，该一个或多个力吸收装置中的至少一个力吸收装置具有：可塌缩伸长腔室，该可塌缩伸长腔室具有抵抗周向扩张的第一壁；再填充腔室，该再填充腔室至少部分地封围可塌缩伸长腔室的第一壁的外表面，其中，该再填充腔室构造成响应于内部压力而扩张；贮存空间，该贮存空间设置在再填充腔室的内壁与第一壁的外表面之间，其中，该腔室的内部经由穿过第一壁设置的至少一个孔口与该贮存空间双向流体连通，以及不可压缩流体，该不可压缩流体包含在可塌缩伸长腔室的内部中，其中，当腔室由外部冲击力压缩时，随着不可压缩流体从腔室内部流过至少一个孔口，贮存空间接收不可压缩流体以扩张再填充腔室，由此该冲击力由该装置吸收或耗散。在某些方面，刚性支承件永久地联接到一个或多个力吸收装置中的至少一个力吸收装置的近端。在某些方面，刚性支承件可移除地联接到一个或多个力吸收装置中的至少一个力吸收装置的近端。在某些方面，该系统还具有多个力吸收装置。在某些方面，该系统还具有第二支承件，该第二支承件联接到多个装置中的至少一个装置的远端。在某些方面，该第二支承件联接到多个力吸收装置中的每一个的远端。在某些方面，贮存空间与第一可塌缩伸长腔室的内部以及第二可塌缩伸长腔室的内部双向流体连通。在某些方面，刚性支承件是头盔外壳。在某些方面，再填充腔室的壁构造成响应于内部压力而在基本径向方向上周向地向外扩张。在某些方面，贮存空间与第一可塌缩伸长腔室的内部以及第二可塌缩伸长腔室的内部双向流体连通。在某些方面，至少一个孔口的孔口穿过第一壁设置在可塌缩伸长腔室的近端处。在某些方面，至少一个孔口的孔口具有从1mm2到1,000mm2的截面面积。在某些方面，可塌缩伸长腔室的截面面积沿着装置的纵向轴线从近端到远端线性减小。在某些方面，可塌缩伸长腔室的截面面积沿着装置的纵向轴线从近端到远端非线性减小。在某些方面，该系统还包括设置在再填充腔室的壁的内表面与第一壁的外表面之间的织物。在某些方面，可塌缩伸长腔室在未变形时具有从10mm到50mm的轴向高度。在某些方面，可塌缩伸长腔室在未变形时具有从10mm到50mm的垂直于纵向轴线的最大宽度。在某些方面，可塌缩伸长腔室的近端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。在某些方面，可塌缩伸长腔室的远端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。在某些方面，可塌缩伸长腔室是轴向可塌缩的。在某些方面，该系统还具有与坚固支承件联接的弹性可压缩材料。在某些方面，该弹性可压缩材料相邻于一个或多个力吸收装置中的至少一个的近端设置。
附图说明
图1A示出了根据实施例的能量吸收装置的外部视图。
图1B示出了图1A的能量吸收装置的剖视图。
图2A示出了根据实施例的能量吸收装置的外部视图。
图2B示出了图2A的能量吸收装置的剖视图。
图2C示出了图2A的能量吸收装置的分解图。
图2D示出了图2C中所示的能量吸收装置的分解图的剖视图。
图2E示出了图2D中所示的能量吸收装置的另一个分解图。
图3A是根据实施例的能量吸收装置的示意图。
图3B是根据实施例的图3B中所示的能量吸收装置在轴向负载下的示意图。
图3C是根据实施例的未变形能量吸收装置的照片。
图3D是根据实施例的图3C中所示的能量吸收装置在轴向负载下的照片。
图4A-C示出了根据实施例的能量吸收装置随着它来自质量(m)的轴向负载下变形的示意图。
图4D示出了根据实施例的本文所述的用于吸收能量的某些装置的接触面积根据轴向负载的装置表面的轴向位移的变化。
图5A-D示出了根据实施例的用于吸收能量的装置的侧视图。
图6A示出了根据实施例的未变形的能量吸收装置的截面示意图。
图6B示出了根据实施例的变形的能量吸收装置的截面示意图。
图7A示出了根据实施例的能量吸收装置的局部剖视图。
图7B示出了根据实施例的能量吸收装置的局部剖视图。
图7C示出了根据实施例的能量吸收装置的截面图。
图8A示出了根据实施例的能量吸收装置的压力腔室的侧视图。
图8B示出了根据实施例的图8A的压力腔室的俯视图。
图8C示出了根据实施例的能量吸收装置的压力腔室的侧视图。
图8D示出了根据实施例的图8C的压力腔室的俯视图。
图8E示出了根据实施例的能量吸收装置的压力腔室的侧视图。
图8F示出了根据实施例的图8E的压力腔室的俯视图。
图8G示出了根据实施例的能量吸收装置的压力腔室的侧视图。
图8H示出了根据实施例的图8G的压力腔室的俯视图。
图8I示出了根据实施例的能量吸收装置的压力腔室的侧视图。
图8J示出了根据实施例的图8I的压力腔室的俯视图。
图9A示出了根据实施例的包括孔口的压力腔室。
图9B示出了根据实施例的包括第三腔室的能量吸收装置。
图10A示出了根据实施例的能量吸收装置的轴向负载的有限元模型数据。
图10B示出了根据实施例的在能量吸收装置的轴向负载期间孔口尺寸的影响的有限元模型数据。
图11A示出了根据实施例的在配备有能量吸收装置的物体中，在50cm下落之后孔口尺寸对测量的加速度随时间变化的影响。
图11B示出了根据实施例的孔口尺寸对能量吸收装置的测量力-位移曲线的影响。
图12A示出了根据实施例，说明泡沫冲击吸收器的力与位移百分比之间的关系(灰色曲线)，以及理想化刚性冲击吸收器的力与位移百分比之间的关系(水平线)。
图12B示出了根据实施例，对泡沫冲击吸收器(泡沫)、屈曲(buckling)锥形冲击吸收器(锥形)、空气阻尼器(空气)以及本文公开的能量吸收装置(100)进行3.1m/s冲击的实验性力-位移数据。
图12C示出了根据实施例，对泡沫冲击吸收器(泡沫)、屈曲锥形冲击吸收器(锥形)、空气阻尼器(空气)以及本文公开的能量吸收装置(100)进行4.3m/s冲击的实验性力-位移数据。
图12D示出了根据实施例，对泡沫冲击吸收器(泡沫)、屈曲锥形冲击吸收器(锥形)、空气阻尼器(空气)以及本文公开的能量吸收装置(100)进行5.5m/s冲击的实验性力-位移数据。
图13A-C示出了根据实施例，在3.1m/s(图13A)、4.3m/s(图13B)和5.5m/s(图13C)的轴向负载速率下可变接触面积装置(VCAA)的实验性(Exp)和有限元模拟(FE)结果。
图14A示出了根据实施例的可变接触面积装置(VCAA)的截面尺寸的圆柱坐标图。
图14B示出了根据实施例的用于可变接触面积装置的轴向负载的接触面积、由VCAA施加的力以及由VCAA施加的压力之间的关系的计算机建模。
图14C示出了根据实施例的用于可变接触面积装置的轴向负载的力-初始冲击速度关系的计算机建模。
图14D示出了根据实施例的用于可变接触面积装置的轴向负载的以各种冲击速度施加的恒定力与时间之间的关系。
图15A示出了根据实施例的用于吸收能量的可变接触面积装置(VCAA)的示意图，该可变接触面积装置包括坚固端盖。
图15B示出了根据实施例的图15A中所示的能量吸收装置的截面的分解图。
图15C示出了根据实施例的用于确定图15A中所示的能量吸收装置在轴向负载下的力和压力动态的有限元(FE)模型。
图15D示出了根据实施例的用于确定用于在轴向负载下吸收能量的圆柱形装置(CA)的负载动力学的有限元模型。
图15E-G示出了根据实施例，在图15A-15D中描述的有限元模拟实验中，可变接触面积装置(VCAA)和圆柱形装置(CA)在5m/s(图15E)、7m/s(图15F)和9m/s(图15G)的轴向负载速率下的力-位移关系。
图15H-J示出了根据实施例，在图15A-15D中描述的有限元模拟实验中，可变接触装置(VCAA)和圆柱形装置(CA)在5m/s(图15H)、7m/s(图15I)和9m/s(图15J)的轴向负载速率下的力-时间关系。
图15K-M示出了根据实施例的可变接触装置(VCAA)和圆柱形装置(CA)在5m/s(图15K)、7m/s(图15L)和9m/s(图15M)的轴向负载速率下的压力-时间关系。
图16A示出了根据实施例的可变接触面积装置(VCAA)和圆柱形装置(CA)在由计算机建模确定的各种冲击速度下的位移利用百分比。
图16B示出了根据实施例的VCAA、CA以及泡沫冲击吸收装置的冲击吸收效率的比较。
图17A示出了根据实施例的包括多个用于吸收能量的装置的系统。
图17B示出了由图17A中的黑框指示的用于吸收能量的系统的一部分的放大图。
图17C示出了根据实施例的包括多个用于吸收能量的装置的系统。
图17D示出了根据实施例的图17C的系统的剖视图。
图17E示出了根据实施例的包括多个压力分配板的系统的示意图。
图18A是根据实施例的配备有能量吸收装置的运动头盔的照片。
图18B是根据实施例的图18A所示的能量吸收装置在冲击测试期间的照片。
图18C示出了根据实施例的使用液压冲击吸收装置或空气冲击吸收装置从图18A和图18B所示的冲击速度为5.0m/s的冲击测试中收集的线性加速度数据。
图18D示出了根据实施例的使用液压冲击吸收装置或空气冲击吸收装置从图18A和图18B所示的冲击速度为5.0m/s的冲击测试中收集的角加速度数据。
图18E示出了根据实施例的使用液压冲击吸收装置或空气冲击吸收装置从图18A和图18B所示的冲击速度为7.4m/s的冲击测试中收集的线性加速度数据。
图18F示出了根据实施例的使用液压冲击吸收装置或空气冲击吸收装置从图18A和图18B所示的冲击速度为7.4m/s的冲击测试中收集的角加速度数据。
具体实施方式
本文提供了用于吸收例如来自冲击碰撞的能量的装置、系统和方法。在许多情况下，本文公开的装置和系统既是可塌缩的(例如，完全或几乎完全可塌缩)，又可被动地适应不同的冲击条件。本文所述的装置和系统包括新颖的结构特征和布置，这些结构特征和布置在宽范围的冲击速度下产生理想的能量吸收力轮廓，同时提供需要最小空间余量的紧凑设计。因此，本文所公开的装置和系统(及其使用方法)就其可以有效使用的能量吸收应用的类型而言是非常通用的。
在许多情况下，本文公开的装置和系统可以为低速冲击事件和高速冲击事件均提供理想的能量吸收轮廓。在许多情况下，本文所公开的装置和系统可以为能量吸收提供这样的优点，同时利用本文所公开的经济空间设计以允许在无需对增强的硬件进行重大修改的情况下结合到现有的硬件中。例如，本文公开的一个或多个能量吸收装置可以结合到现有的头盔设计中，从而改进冲击吸收性能，而不需要对头盔进行显著改变以适应包含一个或多个吸收装置。此外，本文公开的各种能量吸收装置的模块化设计允许在特定且可能专用的应用中使用能量吸收系统的定制设计。例如，本文公开的一个或多个能量吸收装置可用于运输应用，比如大型、易碎和/或不规则形状物品的运输。在某些情况下，包括本文公开的一个或多个能量吸收装置的系统可能适用于工业或制造应用，例如，该系统可用于吸收和/或耗散重型物体(例如，车辆底盘)上的冲击力，其中可用空间可能不足以采用传统刚性冲击吸收器。
一般而言，本文公开的能量吸收装置100(例如，用于吸收能量的装置)包括第一腔室120(例如，压力腔室)，该第一腔室120与第二腔室110例如经由例如第一腔室120的壁121中的一个或多个孔口140进行流体连通(例如，双向流体连通)。在许多情况下，第二腔室110至少部分地封围第一腔室120的壁121的外表面。在许多情况下，第一腔室120的壁121是加固壁(例如，以提供在负载下变形的阻力)。在许多情况下，例如当第一腔室120处于未变形状态时，流体(例如，不可压缩流体，比如液态水)设置在第一腔室120内。在某些情况下，流体设置在(例如，未变形的)能量吸收装置100的间隙体积132内。在某些情况下，设置在(例如，未变形的)能量吸收装置100的间隙体积132内的流体是液体(例如，液态水)。在某些情况下(例如，其中能量吸收装置100用于便携式装置的应用)，例如，由于流体贡献了装置总重量的大部分，因此通过减小第一腔室120的总内部体积128和/或间隙体积132(例如，在未变形状态下)来减小装置的重量。能量吸收装置100的轴向压缩(例如，由于在第一端102处的外部冲击碰撞将能量吸收装置或其一部分抵靠坚固支承件190压缩而导致的)可导致例如通过第一腔室120的变形，在第一腔室120内对不可压缩流体进行加压。在某些情况下，能量吸收装置100内的流体可以预加压(例如，当没有外部力作用在装置上时)。在许多情况下，在能量吸收装置100内对流体进行预加压会预拉伸(例如，预张紧)第二腔室的壁111，这会使流体向内偏置到第一腔室的内部体积128中。可以将流体预加压到0至10kPa、10kPa至20kPa、20kPa至30kPa、30kPa至40kPa、40kPa至50kPa、50kPa至60kPa、60kPa至68.9kPa、68.9kPa至80kPa、80kPa至90kPa、90kPa至100kPa，或大于100kPa。能量吸收装置100的第一腔室120的内部体积128内的不可压缩流体的加压(例如，在外部力负载期间，通过第一腔室120的壁121的部分塌缩或完全塌缩)可导致不可压缩流体流过第一腔室的壁121中的一个或多个孔口140进入设置在第一腔室的壁121的外表面与第二腔室的壁111的内表面之间的间隙体积132(例如，贮存空间)中。在许多情况下，第一腔室120(例如，或其壁121)抵抗周向扩张。在许多情况下，不可压缩流体流过一个或多个孔口140进入间隙体积132中导致第二腔室110的壁111(其可以例如经由水密密封件联接到第一腔室的壁121)变形(例如，扩张或拉伸)。在某些情况下，不可压缩流体流过一个或多个孔口140进入间隙体积132(在许多情况下可以接收不可压缩流体)中导致第二腔室的壁111在远离能量吸收装置100的纵向轴线的径向方向上扩张，例如周向地向外扩张。在许多情况下，第二腔室的壁111的变形起到吸收和/或耗散来自第一腔室120的轴向压缩的能量(例如，由流入间隙体积132的不可压缩流体的动量所赋予的能量)的作用。在许多实施例中，能量吸收装置100可以被动地将流体从间隙体积返回到第一腔室120的内部体积128(例如，通过第二腔室的壁111的弹性将间隙体积回弹并返回到其原始几何形状)。在许多情况下，流体使用一个或多个孔口140或端口131从间隙体积132回流到能量吸收装置的内部体积128。
转向图1A，提出了包括具有第一壁121的第一腔室120和具有第二壁111的第二腔室110的能量吸收装置100。图1A中呈现的具有圆柱形形状的示例是能量吸收装置的许多可能实施例中的一个，该能量吸收装置的每一个可能实施例例如对于不同的应用可以具有不同的优点。如本文进一步讨论的，第一腔室壁121的形状、大小和/或组成材料特性，第二腔室壁111的形状、尺寸和/或组成材料特性，一个或多个孔口140的形状、尺寸、数量和/或布置，第一腔室的内部体积128的形状和/或尺寸，以及/或间隙体积132的形状和/或尺寸可以影响能量吸收装置100或系统的冲击碰撞吸收的动力学，并且可以根据本文的公开内容进行选择，以例如在诸如制造、汽车工业、运输或生物组织保护(例如，经由个人防护设备(PPE))等应用中产生理想的能量吸收动力学。
第一腔室120的壁121可以在壁联接件180(例如，接头)处联接到第二腔室110的壁111，例如如图1B所示。在许多情况下，能量吸收装置100的壁联接件180是水密密封件。在许多情况下，第一腔室120的壁121与第二腔室110的壁111之间的水密密封件可以允许对能量吸收装置100的第二腔室110进行加压。第二腔室110可以通过增加第二腔室110中的流体体积来加压，例如，通过使流体从第一腔室120的内部128流过一个或多个孔口140进入间隙空间132(例如，作为装置的第一腔室120变形的结果)。在许多情况下，第二腔室110的壁111不包括孔口140。在许多情况下，第二腔室110的壁111(或其部分)可以变形。例如，第二腔室的壁111可以包括弹性材料(例如，橡胶)，并且流体从第一腔室120的内部体积128到间隙空间132的运动可以导致弹性壁111拉伸。如本文所述，对第二腔室120加压和/或使第二腔室120的壁111的变形可以耗散或吸收来自外部力或压力(例如，外部冲击力)的能量。在许多情况下，间隙空间132与装置100的第一腔室120的内部体积128双向流体连通(例如，经由穿过第一腔室120的壁121设置的至少一个孔口)。在某些情况下，间隙空间132与第一腔室120的内部体积128以及第二腔室120的内部体积128双向流体连通。
图2A-2E示出了能量吸收装置100(例如，圆柱形能量吸收装置100，例如，圆柱形装置)的示例。图2C-2E示出了图2A和图2B所示的能量吸收装置100的分解图。在许多实施例中，能量吸收装置100的第一腔室120的壁121和第二腔室120的壁111绕能量吸收装置100的纵向轴线同心地布置。在许多情况下，与第一腔室的壁121相比，第二腔室120的壁111的全部或部分设置在相距能量吸收装置100的纵向轴线更大的径向距离处。任选地，能量吸收装置100可以包括间隙材料130。在许多情况下，能量吸收装置100的间隙材料130与一个或多个壁(例如，壁111和/或壁1521)或其部分同心地设置。通常，间隙材料130设置在能量吸收装置100的第二腔室110的壁111(例如，壁111的内表面)或其部分与第一腔室120的壁121(例如，壁121的外表面)或其部分之间。在某些情况下，与第一腔室的壁121(例如，侧壁1521)或其部分相比，间隙材料130可以设置在相距能量吸收装置100的纵向轴线更小的径向距离处。
在许多情况下，能量吸收装置100的第一腔室120(例如，压力腔室)的壁121由单件材料制成。在许多情况下，能量吸收装置100的第二腔室110(例如，再填充腔室)的壁111由单件材料制成。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120包括多个壁121(例如，一个或多个侧壁、装置的第一端(例如，远端)102处的壁以及/或装置的第二端(例如，近端)104处的壁)。在某些情况下，能量吸收装置100的第二腔室110包括多个壁111(例如，一个或多个侧壁、装置的第一端(例如，远端)102处的壁以及/或装置的第二端(例如，近端)104处的壁)。在许多情况下，能量吸收装置100的第二腔室110的壁111(或多个壁111)围绕或封围能量吸收装置100的第一腔室120的壁121的至少部分。
第二腔室110的壁111可以以例如本文所述的多种构造联接到第一腔室120的壁121。在许多情况下，第一腔室120的壁121与第二腔室的壁111的几何关系可以影响能量吸收装置100的能量吸收特性，例如通过确定第二腔室110和间隙体积132的形状，间隙体积132可以由第二腔室110的壁111的内表面和第一腔室120的壁121的外表面的部分形成。在许多情况下，能量吸收装置100的第二腔室110的壁111(或多个壁111)围绕或封围能量吸收装置100的第一腔室120的壁121的至少部分。在某些情况下，能量吸收装置100的第二腔室110的壁111(或多个壁111)围绕或封围第一腔室120的全部(例如，以及第一腔室的一个或多个壁121的全部)。在某些情况下，能量吸收装置的第二腔室110的壁111联接到能量吸收装置的第一腔室120的壁121(例如，在壁联接件180处，其中壁联接件例如是水密密封件)。
图3A和图3B分别示出了未变形和变形的能量吸收装置的示意图，而图3C和图3D示出了没有负载的(图3C)和在轴向压缩负载下的(图3D)已制成的能量吸收装置100的照片。在许多情况下，第一腔室的壁121是可塌缩的。在许多情况下，能量吸收装置100的第一腔室120是轴向可塌缩的。第一腔室的壁121可以是有弹力的。在许多情况下，第一腔室的壁121至少部分地抵抗在轴向方向上的变形(例如，压缩或塌缩)。在某些情况下，在变形期间由第一腔室120的壁121施加的力可以随着壁逐渐变得更变形(例如，更压缩或更塌缩)而增加。如图3A-3D所示例的，第一腔室的一个或多个壁121(和/或第二腔室的一个或多个壁111)可以在平行于或基本上平行于预期外部力的方向上定向，例如，以在外部力施加到装置100的期间提供对外部力的阻力。例如，当预期外部力在轴向方向上压缩装置时，一个或多个壁(例如，壁121和/或壁111)可以平行于或基本上平行于能量吸收装置100的纵向轴线106定向，例如，以在外部力施加到装置的期间提供对外部力的阻力。在许多情况下，能量吸收装置100的第一腔室120是轴向可塌缩的(例如，平行于或基本上平行于装置的纵向轴线106)。在许多情况下，能量吸收装置100的第一腔室120在轴向方向上(例如，平行于或基本上平行于装置的纵向轴线106)是伸长的，例如以便于装置在负载下的轴向塌缩。应当理解，可以利用的从能量吸收装置100的壁(例如，壁121或壁111)的许多可能几何形状中一个或多个的选择(例如，与壁材料的材料特性相结合)，可以协助在施加外部力期间随着时间的推移实现期望的压缩或塌缩轮廓。
图10I-10J示出了可以在能量吸收装置100的设计中使用的第一腔室的壁121和/或第二腔室的壁111(例如，处于未变形状态或处于变形状态)的几何形状的示例。在能量吸收装置的设计中有用的壁几何形状有圆柱形、立方体、长方体、半球形、球体、椭圆体、扁球体、长球体、卵球体、环形、四面体、八面体、十二面体、二十面体、双曲线体、锥体、斜锥形和截头锥形。在某些情况下，壁(例如，壁121或壁111)或腔室(例如，第一腔室120或第二腔室110)可以包括方形、矩形、菱形、梯形、五边形、六边形、八边形或具有多于9条边的多边形(例如，如图10J所示)的矢状或冠状(例如，通过装置的纵向轴线106)截面几何形状。在某些情况下，壁(例如，壁121或壁111)或腔室(例如，第一腔室120或第二腔室110)可以包括方形、矩形、菱形、圆形、半圆形、椭圆形、三角形(例如，直角三角形、等腰三角形、斜角三角形或等边三角形)、梯形、五边形、六边形、八边形或具有多于9个侧部的多边形(例如，如图10B、10D、10F、10H和10J所示)的横向(例如，垂直于装置的纵向轴线106)截面几何形状。
在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括不超过一个的侧部。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括多个侧部。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、从10到15、从15到30、从30到50、或超过50个侧部。
在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括不超过一个的壁。在某些情部况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括多个壁。在某些情况下，第一腔室120和/或第二腔室110包括端壁。在某些情况下，第一腔室120和/或第二腔室110包括在能量吸收装置100的远端102处的端壁。在某些情况下，第一腔室120和/或第二腔室110包括在能量吸收装置100的近端104处的端壁。在某些情况下，第一腔室120和/或第二腔室110包括多个端壁。在某些情况下，第一腔室120和/或第二腔室110包括在能量吸收装置100的远端102处的第一端壁和近端104处的第二端壁。在某些情况下，能量吸收装置的端壁可以包括端盖。在某些情况下，端盖包括加强壁(例如，在能量吸收装置100的近端104或远端102处)。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括侧壁。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括多个侧壁。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120和/或第二腔室110包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、从10到15、从15到30、从30到50、或超过50个侧壁。
在某些情况下，处于未变形状态的能量吸收装置100(或其部分，比如能量吸收装置的第一腔室120)的最大宽度114与处于变形状态(例如，变形之后)的能量吸收装置的最大宽度152相同或基本上相同。在某些情况下，处于未变形状态的能量吸收装置100(或其部分，比如能量吸收装置的第一腔室120)的最大宽度114小于处于变形状态的能量吸收装置的最大宽度152。在某些情况下，处于未变形状态的能量吸收装置100(或其部分，比如能量吸收装置的第一腔室120)的远端的最大宽度小于处于变形状态的能量吸收装置(或其部分)的远端的最大宽度。在某些情况下，例如当处于未变形状态的能量吸收装置的近端的最大宽度与处于变形状态的能量吸收装置的近端的最大宽度相同或基本上相同时，处于未变形状态的能量吸收装置100(或其部分，比如能量吸收装置的第一腔室120)的远端的最大宽度小于处于变形状态的能量吸收装置(或其部分)的远端的最大宽度。在某些情况下，处于未变形状态的能量吸收装置100(或其部分，比如能量吸收装置的第一腔室120)的远端的最大宽度与处于变形状态的能量吸收装置(或其部分)的远端的最大宽度相同或基本上相同。在某些情况下，能量吸收装置153的第一腔室120和/或第二腔室110包括腰部区域。在某些情况下，处于未变形状态的第一腔室120和/或第二腔室110的腰部区域153的最大宽度154小于处于未变形状态的第一腔室120或第二腔室110的最大宽度114。在某些情况下，处于变形状态的第一腔室120的腰部区域153的最大宽度156小于处于变形状态的第一腔室120的最大宽度152。
第一腔室120的壁121可以抵抗在垂直于能量吸收装置100的纵向轴线106的方向上的变形(例如，多轴变形、弯曲、剪切、扭转变形、压缩或塌缩)。例如，第一腔室的壁121可以至少部分地抵抗剪切变形。在许多情况下，第一腔室的壁121的弹性可以增加壁121对弯曲或剪切变形的阻力。在某些情况下，可以选择间隙材料130的刚度以抵抗或允许第一腔室的壁121的弯曲和/或剪切变形。在某些情况下，能量吸收装置100的冲击行程可以与冲击轴线成0至90度、0至60度、0至45度或0至30度的角度。在某些情况下，能量吸收装置100的冲击行程可以与装置的纵向轴线成0至90度、0至60度、0至45度或0至30度的角度。
在某些情况下，能量吸收装置在轴向方向上变形(例如，轴向压缩)。在某些情况下，能量吸收装置在横向或径向方向上变形(例如，横向剪切或具有横向变形方面的屈曲)。在某些情况下，能量吸收装置100的结构方面设计成有助于控制装置的变形。例如，能量吸收装置100的部分(例如，第一腔室120的壁121)可以包括腰部153(例如，如图10C所示)，该腰部区域可以促进装置的壁(例如，壁121)的屈曲。
应当理解，能量吸收装置的壁(壁121或壁111)或腔室(例如，第一腔室120或第二腔室110)的几何形状的选择可以影响该装置抵抗外部力施加的力和/或该装置(或其部分)变形的速率。能量吸收装置100在来自外部力的负载下的变形(例如，轴向塌缩)可以改变能量吸收装置的部分的几何形状(例如，面积)，该能量吸收装置的部分与在装置上施加外部力(例如，以速度v0)的物体(例如，质量，m)接触(例如，接触面积AC)(例如，如图4A、图4B、图4C和图4D所示)，这可以随着时间的推移改变能量吸收装置施加在物体上的力的大小。例如，能量吸收装置100的第一腔室120的轴向压缩可导致接触面积AC随着近端方向上位移x的增加而增加(例如，并且随着第一腔室内的流体经由一个或多个孔口140流出(Q))。图15A和15B中示出了能量吸收装置100(例如，阻尼器)的负载的示例，该能量吸收装置100设计成改变与施加外部力的物体(例如，可变接触面积装置VCAA)接触的第一腔室的壁121的部分的面积。通过将VCAA设计成具有特定初始(例如，未变形的)第一腔室高度112、初始(例如，未变形的)近端宽度116以及初始(例如，未变形的)远端宽度114，可以实现各种特定的力水平，如图5A-5D所示。
能量吸收装置100可以联接到坚固支承件190(例如，如图17A-17E和图18A-18B所示)。在某些情况下，能量吸收装置100永久性地联接到坚固支承件190。在某些情况下，能量吸收装置100可移除地联接(例如，可拆卸地联接)到坚固支承件190。在许多情况下，能量吸收装置100在第一腔室120的近端104处联接到坚固支承件190。在某些情况下，能量吸收装置100在第二腔室110的近端104处联接到坚固支承件190。在某些情况下，弹性可压缩的材料192可以联接到坚固支承件190(例如，与能量吸收装置100相邻)。在某些情况下，弹性可压缩的材料192可以联接到坚固支承件190，该坚固支承件与能量吸收装置100相邻。在某些情况下，弹性可压缩材料192可以联接到第一腔室120的壁121的内表面(例如，在第一腔室120的近端处)，例如，如图9B所示。
孔口
能量吸收装置100可以包括一个或多个孔口140。在各种实施例中，孔口可以是穿过能量吸收装置100的结构(例如，第一腔室120的壁121)的通道。在许多情况下，能量吸收装置100的孔口将装置的第一腔室120置于与第二腔室110双向流体连通中，例如允许在第一腔室120的内部体积128与间隙体积132之间的双向流体流动(例如，其中间隙空间设置在第一腔室120的壁121的外表面与第二腔室的壁111的内表面之间)。例如，孔口可用作使容纳在能量吸收装置100的第一腔室120的内部128内的流体行进(例如，流动)到装置的间隙体积132中(例如，在第一腔室120通过外部力或压力变形的期间)的通道或路径。在许多情况下，孔口还可以用作使容纳在间隙体积132内的流体行进(例如，流动)到第一腔室120的内部体积128中(例如，当移除外部力或压力后，随着第一腔室的壁返回到它们的未变形状态)的通道或路径。
在某些情况下，孔口140可以包括穿过第一腔室120的侧壁的通道。在某些情况下，孔口140可以包括在第一腔室120的近端104或远端102处穿过壁121的通道(例如，如图7C、图9E所示)。
能量吸收装置100的能量吸收特性会受到设置在第一腔室120的壁121中的一个或多个孔口140的数量、尺寸和/或布置的影响。在某些情况下，能量吸收装置100包括不超过一个的孔口140。在某些情况下，能量吸收装置100包括多个孔口140。
在某些实施例中，第一腔室120的壁121可包括1个孔口至50个孔口。
在某些实施例中，第一腔室120的壁121可以包括1至2个孔口、1至3个孔口、1至4个孔口、1至5个孔口、1至6个孔口、1至7个孔口、1至8个孔口、1至9个孔口、1至10个孔口、1至20个孔口、1至50个孔口、2至3个孔口、2至4个孔口、2至5个孔口、2至6个孔口、2至7个孔口、2至8个孔口、2至9个孔口、2至10个孔口、2至20个孔口、2至50个孔口、3至4个孔口、3至5个孔口、3至6个孔口、3至7个孔口、3至8个孔口、3至9个孔口、3至10个孔口、3至20个孔口、3至50个孔口、4至5个孔口、4至6个孔口、4至7个孔口、4至8个孔口、4至9个孔口、4至10个孔口、4至20个孔口、4至50个孔口、5至6个孔口、5至7个孔口、5至8个孔口、5至9个孔口、5至10个孔口、5至20个孔口、5至50个孔口、6至7个孔口、6至8个孔口、6至9个孔口、6至10个孔口、6至20个孔口、6至50个孔口、7至8个孔口、7至9个孔口、7至10个孔口、7至20个孔口、7至50个孔口、8至9个孔口、8至10个孔口、8至20个孔口、8至50个孔口、9至10个孔口、9至20个孔口、9至50个孔口、10至20个孔口、10至50个孔口或20至50个孔口。
在某些实施例中，第一腔室120的壁121可以包括1个孔口、2个孔口、3个孔口、4个孔口、5个孔口、6个孔口、7个孔口、8个孔口、9个孔口、10个孔口、20个孔口或50个孔口。
在某些实施例中，第一腔室120的壁121可以至少包括1个孔口、2个孔口、3个孔口、4个孔口、5个孔口、6个孔口、7个孔口、8个孔口、9个孔口、10个孔口或20个孔口。
在某些实施例中，第一腔室120的壁121可以至多包括2个孔口、3个孔口、4个孔口、5个孔口、6个孔口、7个孔口、8个孔口、9个孔口、10个孔口、20个孔口或50个孔口。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)轴向高度142可以是0.1mm至25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)轴向高度142可以是0.1mm至1mm、0.1mm至2mm、0.1mm至3mm、0.1mm至4mm、0.1mm至5mm、0.1mm至7.5mm、0.1mm至10mm、0.1mm至12.5mm、0.1mm至15mm、0.1mm至20mm、0.1mm至25mm、1mm至2mm、1mm至3mm、1mm至4mm、1mm至5mm、1mm至7.5mm、1mm至10mm、1mm至12.5mm、1mm至15mm、1mm至20mm、1mm至25mm、2mm至3mm、2mm至4mm、2mm至5mm、2mm至7.5mm、2mm至10mm、2mm至12.5mm、2mm至15mm、2mm至20mm、2mm至25mm、3mm至4mm、3mm至5mm、3mm至7.5mm、3mm至10mm、3mm至12.5mm、3mm至15mm、3mm至20mm、3mm至25mm、4mm至5mm、4mm至7.5mm、4mm至10mm、4mm至12.5mm、4mm至15mm、4mm至20mm、4mm至25mm、5mm至7.5mm、5mm至10mm、5mm至12.5mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、7.5mm至10mm、7.5mm至12.5mm、7.5mm至15mm、7.5mm至20mm、7.5mm至25mm、10mm至12.5mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、12.5mm至15mm、12.5mm至20mm、12.5mm至25mm、15mm至20mm、15mm至25mm或20mm至25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)轴向高度142可以是0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm、20mm或25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)轴向高度142可以至少是0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm、20mm或25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)轴向高度142可以至多是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm、20mm或25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)宽度144可以是0.1mm至25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)宽度144可以是0.1mm至1mm、0.1mm至2mm、0.1mm至3mm、0.1mm至4mm、0.1mm至5mm、0.1mm至7.5mm、0.1mm至10mm、0.1mm至12.5mm、0.1mm至15mm、0.1mm至20mm、0.1mm至25mm、1mm至2mm、1mm至3mm、1mm至4mm、1mm至5mm、1mm至7.5mm、1mm至10mm、1mm至12.5mm、1mm至15mm、1mm至20mm、1mm至25mm、2mm至3mm、2mm至4mm、2mm至5mm、2mm至7.5mm、2mm至10mm、2mm至12.5mm、2mm至15mm、2mm至20mm、2mm至25mm、3mm至4mm、3mm至5mm、3mm至7.5mm、3mm至10mm、3mm至12.5mm、3mm至15mm、3mm至20mm、3mm至25mm、4mm至5mm、4mm至7.5mm、4mm至10mm、4mm至12.5mm、4mm至15mm、4mm至20mm、4mm至25mm、5mm至7.5mm、5mm至10mm、5mm至12.5mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、7.5mm至10mm、7.5mm至12.5mm、7.5mm至15mm、7.5mm至20mm、7.5mm至25mm、9mm至25mm、10mm至12.5mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、12.5mm至15mm、12.5mm至20mm、12.5mm至25mm、15mm至17mm、15mm至18mm、15mm至20mm、15mm至25mm或20mm至25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)宽度144可以是0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm、16.5mm、18mm、20mm或25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)宽度144可以至少是0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm、18mm、20mm或25mm。
在某些实施例中，孔口的(例如，最大)宽度144可以至多是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、9mm、10mm、12.5mm、15mm、18mm、20mm或25mm。
当使用有限元建模来模拟圆柱形能量吸收器在受到外部轴向压缩冲击时随时间施加的力时，发现直径9mm的孔口比具有直径为8.0mm或8.5mm的孔口的相同装置产生更平坦的力曲线(参见图10B)。该数据表明，在某些实施例中，较大的孔口直径有利于限制力随时间的变化(例如，并减少潜在破坏性加速度的可能性)。这些结果得到后续实验的支持(参见例如图11A和图11B)。在某些实施例中，孔口直径的最佳范围低于24mm或25mm(例如，从9mm至25mm、从9mm至24mm、从15mm至24mm或从15mm至25mm)，包括孔口直径是18mm的装置。
在某些实施例中，孔口的截面积可以是0.5mm2至1,000mm2。
在某些实施例中，孔口的截面积可以是0.5mm2至1mm2、0.5mm2至5mm2、0.5mm2至15mm2、0.5mm2至25mm2、0.5mm2至50mm2、0.5mm2至75mm2、0.5mm2至100mm2、0.5mm2至250mm2、0.5mm2至500mm2、0.5mm2至750mm2、0.5mm2至1,000mm2、1mm2至5mm2、1mm2至15mm2、1mm2至25mm2、1mm2至50mm2、1mm2至75mm2、1mm2至100mm2、1mm2至250mm2、1mm2至500mm2、1mm2至750mm2、1mm2至1,000mm2、5mm2至15mm2、5mm2至25mm2、5mm2至50mm2、5mm2至75mm2、5mm2至100mm2、5mm2至250mm2、5mm2至500mm2、5mm2至750mm2、5mm2至1,000mm2、15mm2至25mm2、15mm2至50mm2、15mm2至75mm2、15mm2至100mm2、15mm2至250mm2、15mm2至500mm2、15mm2至750mm2、15mm2至1,000mm2、25mm2至50mm2、25mm2至75mm2、25mm2至100mm2、25mm2至250mm2、25mm2至500mm2、25mm2至750mm2、25mm2至1,000mm2、50mm2至75mm2、50mm2至100mm2、50mm2至250mm2、50mm2至500mm2、50mm2至750mm2、50mm2至1,000mm2、75mm2至100mm2、75mm2至250mm2、75mm2至500mm2、75mm2至750mm2、75mm2至1,000mm2、100mm2至250mm2、100mm2至500mm2、100mm2至750mm2、100mm2至1,000mm2、250mm2至500mm2、250mm2至750mm2、250mm2至1,000mm2、500mm2至750mm2、500mm2至1,000mm2或750mm2至1,000mm2。
在某些实施例中，孔口的截面积可以是0.5mm2、1mm2、5mm2、15mm2、25mm2、50mm2、75mm2、100mm2、250mm2、500mm2、750mm2或1000mm2。
在某些实施例中，孔口的截面积可以至少是0.5mm2、1mm2、5mm2、15mm2、25mm2、50mm2、75mm2、100mm2、250mm2、500mm2、750mm2、1000mm2。
在某些实施例中，孔口的截面积可以至多是1mm2、5mm2、15mm2、25mm2、50mm2、75mm2、100mm2、250mm2、500mm2、750mm2、1000mm2。
在某些情况下，孔口140是圆形的。例如，孔口140的形状可以是环形的。在某些情况下，孔口140的形状是是方形或矩形的。在某些情况下，孔口140可以是任意形状的。例如，孔口140可以成形为卵形、椭圆形、三角形或另一种多边形。
在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120的壁121不包括任何孔口，例如，其中壁121对设置在装置内的流体是可渗透的。在某些情况下，能量吸收装置100的第一腔室120的壁121不包括任何孔口，并且该装置不包括第二腔室110。例如，不包括第二腔室110的能量吸收装置100可以是设计成(例如，通过选择间隙材料130或用于壁121的材料)以在第一腔室120的内部体积128内的期望流体压力下塑性变形或破裂的(例如，一次性使用的)装置。在某些情况下，包括第一腔室120和第二腔室110的能量吸收装置100的壁121和/或间隙材料130不包括任何孔口140。在某些情况下，壁121可以设计成(例如，通过选择间隙材料130或用于壁121的材料，或者通过包含壁121或间隙材料130的一个或多个变薄部分)以例如在第一腔室120的内部体积128内的期望流体压力下塑性变形或破裂到能量吸收装置100的间隙体积132中。例如，壁121可以包括一个或多个第一部分，其具有比壁121的一个或多个第二部分更窄的厚度，其中，一个或多个第一部分的厚度选择为允许该一个或多个第一部分(或其一个或多个部分)在选择的压力施加到壁121时(例如，在第一腔室120的变形期间，经由对设置在第一腔室120内的流体进行加压)破裂。在某些情况下，包括具有窄厚度、降低的极限强度和/或降低的屈服强度的这些部分的能量吸收装置100可以用作力传感器或压力传感器(例如，其中壁121的变形或间隙体积132中流体的存在，例如由于一个或多个第一部分处的壁破裂，表明已超过了特定的压力或力)。在某些情况下，第二腔室的壁111可以是光学半透明的或透明的，以便于观察间隙体积中流体的存在。
间隙材料
间隙材料130(例如，间隙膜)可以设置在能量吸收装置100的间隙体积132内。在某些情况下，间隙材料130可以设置在能量吸收装置100的第一腔室120的内部体积128内。间隙材料130可以绕能量吸收装置(例如，如图1B、图2C、图2D和图2E所示)的第一腔室120的至少一部分(例如同心地)设置，这可以导致对施加到能量吸收装置100的端部(例如远端102)的压缩力的阻力增加。
间隙材料130可以为能量吸收装置100提供结构，例如当能量吸收装置100未变形或未经受外部压缩力时。例如，能量吸收装置100的间隙材料130可以在一个或多个方向上为能量吸收装置100提供机械刚度。在某些情况下，第一腔室120的壁121(和/或第二腔室110的壁111)的材料在某些实施例中可以是相对柔软的，以促进在负载条件下的变形(例如，塌缩)。在某些情况下，间隙材料130可以有助于维持能量吸收装置100的形状，例如在没有外部力施加到装置的情况下。能量吸收装置100的壁(例如，第一腔室120的壁)可以包括间隙材料130。
在某些情况下，间隙材料130包括膜(例如，连续片材)。在某些情况下，间隙材料130包括网状物。例如，间隙材料可以是连续材料，包括穿过其中设置的多个开口。在某些情况下，间隙材料包括例如具有开放的(例如，网状的)编织部的机织材料或针织材料。在某些情况下，间隙材料130是高强度材料(例如，高强度织物)。在某些情况下，包括高强度织物的间隙材料包括了聚四氟乙烯(PTFE)。在某些情况下，间隙材料130包括镍钛(例如，镍钛诺)。在某些情况下，间隙材料包括聚乙烯(例如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE))。在某些情况下，间隙材料130的(例如，拉伸)屈服强度为10-1000MP、100MPa至750MPa、200MPa至750MPa、750MPa至1,000MPa、200MPa至400MPa、250MPa至500MPa或400MPa至500MPa。在某些情况下，间隙材料130的(例如，拉伸)极限强度为10-1000MP、100MPa至750MPa、200MPa至750MPa、750MPa至1,000MPa、200MPa至400MPa、250MPa至500MPa或400MPa至500MPa。
在某些情况下，间隙材料130的物理性质(例如，材料强度、刚度和/或弹性)和/或几何结构可以影响能量吸收装置100在负载下(例如，在诸如由冲击碰撞导致的轴向压缩期间)变形的速率。间隙材料130的渗透性可以影响第二腔室110(或第二腔室的壁111)变形的速率(例如，通过在离开第一腔室120的孔口140之后压靠第二腔室的壁111或抵靠第二腔室的壁111流动的流体)。例如，经由一个或多个孔口140离开能量吸收腔室100的第一腔室120的流体可以在压靠第二腔室的壁111之前抵靠着间隙材料130流动。在某些情况下，间隙材料130可以阻碍或减慢水抵靠着能量吸收装置100的第二腔室110的壁111的流动。在某些情况下，间隙材料130对于流体(例如，设置在能量吸收装置100的腔室内的不可压缩流体)是可渗透的。在某些情况下，间隙材料130的部分包括对于流体(例如，设置在能量吸收装置100的腔室内的不可压缩流体)不可渗透的材料。在某些情况下，间隙材料包括一个或多个对于流体可渗透的部分以及一个或多个对于流体不可渗透的部分。间隙材料130或其部分可以包括网状物。在某些情况下，包括网状物的间隙材料130的部分对于流体是可渗透的。在某些情况下，网状物中间隙的尺寸会影响力从能量吸收装置100中的加压流体传递到第二腔室的壁111的效率。例如，包括紧密网状物(例如，在网状物中具有较小间隙)的间隙材料130可以更抵抗流体流过网状物，这可以降低流体进入或移动通过间隙体积132(例如，贮存空间)的速度。降低流体穿过间隙材料130的速度和/或流体进入或移动通过间隙体积132的速度可以增加能量吸收装置100的刚度和/或减少第二腔室的壁111的变形。增加网状物的孔的尺寸可以允许流体更容易地流过间隙材料，并且可以产生更顺应的能量吸收装置100。在某些情况下，包括间隙材料130(例如，包括有对于流体可渗透的部分的间隙材料)的能量吸收装置100不包括在装置的第一腔室120的壁121中的孔口。
在某些情况下，间隙材料130联接到能量吸收装置100的一个或多个附加结构(例如，第一腔室的壁121或第二腔室的壁111)。在许多情况下，间隙材料130不直接联接到能量吸收装置100的任何其它结构。例如，间隙材料130可以夹在能量吸收装置100的第一腔室的壁121与第二腔室的壁111之间(例如，设置在壁121与壁111之间，并且可选地与壁121和壁111接触)，而不直接地连结到壁121或壁111。
在某些情况下，间隙材料130是(例如，机械地)各向同性或基本上各向同性的(例如，相对于力传递和/或变形)例如，间隙材料可以包括能够在多个方向上(例如，在三个独立的坐标平面中或在二维平面内的所有方向上)均匀传递力的连续材料。间隙材料130可以包括片材、膜或层(例如，壁121的层)。在某些情况下，各向同性的间隙材料130包括复合材料(例如，塑料复合材料或橡胶复合材料)。在某些情况下，各向同性的间隙材料包括分层编织物(例如，其中材料的各个层可以是各向异性的，但编织物相对于编织物的一个或多个附加层的定向(例如，以30至60度、60至90度或90度的角度)导致了基本上各向同性的间隙材料)。在某些情况下，间隙材料130是(例如，机械地)各向异性的(例如，相对于力传递和/或变形)。例如，间隙材料130可以根据应力或应变的方向不同地传递应力或经历应变，例如，其中间隙材料包括具有各向异性应力或应变特性的线状物、编织物、带状件等。
腔室形状和尺寸
能量吸收装置100的第一腔室120可以包括各种形状。在许多情况下，能量吸收装置100(或其腔室或壁)相对于装置的纵向轴线106是对称的(例如，旋转对称或径向对称)。在某些情况下，沿纵向轴线的对称性促进了能量吸收装置内力和压力的平均分配(例如，当受到轴向压缩时)，这可以减少在壁(例如，壁111、壁121)或联接件180上的一个或多个点处力或压力的局部增加，从而降低装置的结构部件在该一个或多个点处疲劳或失效的可能性。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，轴向)高度122可以是5mm至1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，轴向)高度122可以是5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至40mm、5mm至50mm、5mm至100mm、5mm至250mm、5mm至500mm、5mm至1,000mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至40mm、10mm至50mm、10mm至100mm、10mm至250mm、10mm至500mm、10mm至1,000mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至40mm、15mm至50mm、15mm至100mm、15mm至250mm、15mm至500mm、15mm至1,000mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至40mm、20mm至50mm、20mm至100mm、20mm至250mm、20mm至500mm、20mm至1,000mm、25mm至30mm、25mm至40mm、25mm至50mm、25mm至100mm、25mm至250mm、25m至500mm、25mm至1,000mm、30mm至40mm、30mm至50mm、30mm至100mm、30mm至250mm、30mm至500mm、30mm至1,000mm、40mm至50mm、40mm至100mm、40mm至250mm、40mm至500mm、40mm至1,000mm、50mm至100mm、50mm至250mm、50mm至500mm、50mm至1,000mm、100mm至250mm、100mm至500mm、100mm至1,000mm、250mm至500mm、250mm至1,000mm或500mm至1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，轴向)高度122可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，轴向)高度122可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，轴向)高度122可以至多是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，能量吸收装置100的(例如，最大)宽度是5mm至1,000mm。
在某些实施例中，能量吸收装置100的(例如，最大)宽度是5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至40mm、5mm至50mm、5mm至100mm、5mm至250mm、5mm至500mm、5mm至1,000mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至40mm、10mm至50mm、10mm至100mm、10mm至250mm、10mm至500mm、10mm至1,000mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至40mm、15mm至50mm、15mm至100mm、15mm至250mm、15mm至500mm、15mm至1,000mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至40mm、20mm至50mm、20mm至100mm、20mm至250mm、20mm至500mm、20mm至1,000mm、25mm至30mm、25mm至40mm、25mm至50mm、25mm至100mm、25mm至250mm、25m至500mm、25mm至1,000mm、30mm至40mm、30mm至50mm、30mm至100mm、30mm至250mm、30mm至500mm、30mm至1,000mm、40mm至50mm、40mm至100mm、40mm至250mm、40mm至500mm、40mm至1,000mm、50mm至100mm、50mm至250mm、50mm至500mm、50mm至1,000mm、100mm至250mm、100mm至500mm、100mm至1,000mm、250mm至500mm、250mm至1,000mm或500mm至1,000mm。
在某些实施例中，能量吸收装置100的(例如，最大)宽度可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，能量吸收装置100的(例如，最大)宽度可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，能量吸收装置100的(例如，最大)宽度可以至多是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室(例如，垂直于纵向轴线106)的(例如，最大)宽度可以是5mm至1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至40mm、5mm至50mm、5mm至100mm、5mm至250mm、5mm至500mm、5mm至1,000mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至40mm、10mm至50mm、10mm至100mm、10mm至250mm、10mm至500mm、10mm至1,000mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至40mm、15mm至50mm、15mm至100mm、15mm至250mm、15mm至500mm、15mm至1,000mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至40mm、20mm至50mm、20mm至100mm、20mm至250mm、20mm至500mm、20mm至1,000mm、25mm至30mm、25mm至40mm、25mm至50mm、25mm至100mm、25mm至250mm、25m至500mm、25mm至1,000mm、30mm至40mm、30mm至50mm、30mm至100mm、30mm至250mm、30mm至500mm、30mm至1,000mm、40mm至50mm、40mm至100mm、40mm至250mm、40mm至500mm、40mm至1,000mm、50mm至100mm、50mm至250mm、50mm至500mm、50mm至1,000mm、100mm至250mm、100mm至500mm、100mm至1,000mm、250mm至500mm、250mm至1,000mm或500mm至1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm或500mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至多是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、250mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室(例如，垂直于纵向轴线106)的(例如，最大)宽度可以是5mm至60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至35mm、5mm至40mm、5mm至45mm、5mm至50mm、5mm至55mm、5mm至60mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至35mm、10mm至40mm、10mm至45mm、10mm至50mm、10mm至55mm、10mm至60mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至35mm、15mm至40mm、15mm至45mm、15mm至50mm、15mm至55mm、15mm至60mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至35mm、20mm至40mm、20mm至45mm、20mm至50mm、20mm至55mm、20mm至60mm、25mm至30mm、25mm至35mm、25mm至40mm、25mm至45mm、25mm至50mm、25mm至55mm、25mm至60mm、30mm至35mm、30mm至40mm、30mm至45mm、30mm至50mm、30mm至55mm、30mm至60mm、35mm至40mm、35mm至45mm、35mm至50mm、35mm至55mm、35mm至60mm、40mm至45mm、40mm至50mm、40mm至55mm、40mm至60mm、45mm至50mm、45mm至55mm、45mm至60mm、50mm至55mm、50mm至60mm或55mm至60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至多是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室(例如，垂直于纵向轴线106)在第一端(例如，远端)处的(例如，最大)宽度124可以为5mm至60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第一(例如，远)端处的(例如，最大)宽度124可以是5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至35mm、5mm至40mm、5mm至45mm、5mm至50mm、5mm至55mm、5mm至60mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至35mm、10mm至40mm、10mm至45mm、10mm至50mm、10mm至55mm、10mm至60mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至35mm、15mm至40mm、15mm至45mm、15mm至50mm、15mm至55mm、15mm至60mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至35mm、20mm至40mm、20mm至45mm、20mm至50mm、20mm至55mm、20mm至60mm、25mm至30mm、25mm至35mm、25mm至40mm、25mm至45mm、25mm至50mm、25mm至55mm、25mm至60mm、30mm至35mm、30mm至40mm、30mm至45mm、30mm至50mm、30mm至55mm、30mm至60mm、35mm至40mm、35mm至45mm、35mm至50mm、35mm至55mm、35mm至60mm、40mm至45mm、40mm至50mm、40mm至55mm、40mm至60mm、45mm至50mm、45mm至55mm、45mm至60mm、50mm至55mm、50mm至60mm或55mm至60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第一端(例如，远端)处的(例如，最大)宽度124可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第一端(例如，远端)处的(例如，最大)宽度124可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第一端(例如，远端)处的(例如，最大)宽度124可以至多是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第二端(例如，近端)处的(例如，最大)宽度126可以为5mm至60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第二端(例如，近端)处的(例如，最大)宽度126可以是5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至35mm、5mm至40mm、5mm至45mm、5mm至50mm、5mm至55mm、5mm至60mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至35mm、10mm至40mm、10mm至45mm、10mm至50mm、10mm至55mm、10mm至60mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至35mm、15mm至40mm、15mm至45mm、15mm至50mm、15mm至55mm、15mm至60mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至35mm、20mm至40mm、20mm至45mm、20mm至50mm、20mm至55mm、20mm至60mm、25mm至30mm、25mm至35mm、25mm至40mm、25mm至45mm、25mm至50mm、25mm至55mm、25mm至60mm、30mm至35mm、30mm至40mm、30mm至45mm、30mm至50mm、30mm至55mm、30mm至60mm、35mm至40mm、35mm至45mm、35mm至50mm、35mm至55mm、35mm至60mm、40mm至45mm、40mm至50mm、40mm至55mm、40mm至60mm、45mm至50mm、45mm至55mm、45mm至60mm、50mm至55mm、50mm至60mm或55mm至60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第二端(例如，近端)处的(例如，最大)宽度126可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第二端(例如，近端)处的(例如，最大)宽度126可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm或55mm。
在某些实施例中，未变形的第一腔室在第二端(例如，近端)处的(例如，最大)宽度126可以至多是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是5mm至60mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm至60mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是5mm至60mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以为5mm至10mm、5mm至15mm、5mm至20mm、5mm至25mm、5mm至30mm、5mm至35mm、5mm至40mm、5mm至45mm、5mm至50mm、5mm至55mm、5mm至60mm、10mm至15mm、10mm至20mm、10mm至25mm、10mm至30mm、10mm至35mm、10mm至40mm、10mm至45mm、10mm至50mm、10mm至55mm、10mm至60mm、15mm至20mm、15mm至25mm、15mm至30mm、15mm至35mm、15mm至40mm、15mm至45mm、15mm至50mm、15mm至55mm、15mm至60mm、20mm至25mm、20mm至30mm、20mm至35mm、20mm至40mm、20mm至45mm、20mm至50mm、20mm至55mm、20mm至60mm、25mm至30mm、25mm至35mm、25mm至40mm、25mm至45mm、25mm至50mm、25m至55mm、25mm至60mm、30mm至35mm、30mm至40mm、30mm至45mm、30mm至50mm、30mm至55mm、30mm至60mm、35mm至40mm、35mm至45mm、35mm至50mm、35mm至55mm、35mm至60mm、40mm至45mm、40mm至50mm、40mm至55mm、40mm至60mm、45mm至50mm、45mm至55mm、45mm至60mm、50mm至55mm、50mm至60mm或55mm至60mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是5mm至60mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是5mm至60mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至少是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是5mm至60mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至多是5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是60mm至1,000mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm至1,000mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是60mm至1,000mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm至10mm、5mm至25mm、5mm至50mm、5mm至60mm、5mm至75mm、5mm至100mm、5mm至200mm、5mm至300mm、5mm至400mm、5mm至500mm、5mm至1,000mm、10mm至25mm、10mm至50mm、10mm至60mm、10mm至75mm、10mm至100mm、10mm至200mm、10mm至300mm、10mm至400mm、10mm至500mm、10mm至1,000mm、25mm至50mm、25mm至60mm、25mm至75mm、25mm至100mm、25mm至200mm、25m至300mm、25mm至400mm、25mm至500mm、25mm至1,000mm、50mm至60mm、50mm至75mm、50mm至100mm、50mm至200mm、50mm至300mm、50mm至400mm、50mm至500mm、50mm至1,000mm、60mm至75mm、60mm至100mm、60mm至200mm、60mm至300mm、60mm至400mm、60mm至500mm、60mm至1,000mm、75mm至100mm、75mm至200mm、75mm至300mm、75mm至400mm、75mm至500mm、75mm至1,000mm、100mm至200mm、100mm至300mm、100mm至400mm、100mm至500mm、100mm至1,000mm、200mm至300mm、200mm至400mm、200mm至500mm、200mm至1,000mm、300mm至400mm、300mm至500mm、300mm至1,000mm、400mm至500mm、400mm至1,000mm或500mm至1,000mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是60mm至1,000mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以是5mm、10mm、25mm、50mm、60mm、75mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是60mm至1,000mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至少是5mm、10mm、25mm、50mm、60mm、75mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm或1,000mm。
在某些实施例中，具有(例如，最大)高度是60mm至1,000mm的能量吸收装置的未变形的第一腔室的(例如，最大)宽度可以至多是5mm、10mm、25mm、50mm、60mm、75mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm或1,000mm。
在某些情况下，腔室的截面宽度(例如，垂直于装置纵向轴线的第一腔室120和/或第二腔室110的宽度)沿着腔室的全部或部分轴向高度是恒定的(例如，如图1A、图7A、图8A和图8I所示)。在某些情况下，腔室的截面宽度(例如，垂直于装置纵向轴线的第一腔室120和/或第二腔室110的宽度)沿着腔室的全部或部分轴向高度不是恒定的(例如，如图8C、图8E、图8G和图15A所示)。在某些情况下，腔室的截面宽度(例如，垂直于装置纵向轴线的第一腔室120和/或第二腔室110的宽度)沿着腔室的全部或部分轴向高度，随着距装置近端的距离的增加而减小(例如，如图8E、图8G、图和图15A所示)。在某些情况下，腔室的截面宽度(例如，垂直于装置纵向轴线的第一腔室120和/或第二腔室110的宽度)沿着腔室的全部或部分轴向高度，随着距装置近端的距离的增加而线性减小(例如，如图8G所示)。在某些情况下，腔室的截面宽度(例如，垂直于装置纵向轴线的第一腔室120和/或第二腔室110的宽度)沿着腔室的全部或部分轴向高度，随着距装置近端的距离的增加而非线性减小(例如，如图8E和图15A所示)。
在某些情况下，能量吸收装置100包括在装置的流体上产生背压的装置(例如，在装置的流体上的压力从间隙体积132向第一腔室120的内部体积128整流)，例如，当装置未变形和/或其中外部力未作用在装置上时。在某些情况下，在装置的流体上产生背压是有利的，因为它确保在外部冲击时，无论装置的定向或运动如何，设置在能量吸收装置100的第一腔室120内的流体量是一致的，这可以提高装置性能的可重复性和/或装置在给定的现实世界条件集下的实际性能与其预期性能的一致性。在某些情况下，可以选择第二腔室110的厚度、体积和/或弹性，以在设置在装置内的流体上产生背压(例如，当装置未变形和/或其中外部力未作用在装置上时)。在某些情况下，选择相对于第一腔室120的内部体积128和/或间隙体积132的设置在装置内的流体的量(例如，体积)(例如，与第二腔室110的壁111的弹性一起)，以在装置的流体上产生所需的背压(例如，当装置未变形和/或其中外部力未作用在装置上时)。在某些情况下，选择第二腔室(例如，以及壁111)的尺寸、设置在能量吸收装置内的流体的体积以及壁111的材料特性(例如，弹性)，以在装置的流体上产生期望的背压(例如，当装置未变形和/或其中外部力未作用在装置上时)。在某些情况下，能量吸收装置100包括第三腔室150(例如，背压腔室)，该第三腔室绕装置的第一腔室120和/或第二腔室110的至少一部分设置(例如，如图9B所示)。在某些情况下，第三腔室150的壁151联接到第一腔室的壁121和/或第二腔室110的壁111，例如，以形成腔室150，该腔室150具有与第一腔室120的内部体积128和间隙体积132隔离的背压体积152。在某些情况下，装置的第三腔室150的内部(例如，背压体积152)包括流体(例如，气体和/或液体，比如不可压缩的流体)。在某些情况下，第三腔室150的壁151是刚性的。在某些情况下，第三腔室150的壁151是柔性的。在某些情况下，选择第三腔室150的尺寸(例如，第三腔室150的壁151的尺寸和/或设置在第三腔室150内的背压体积152的大小，例如，相对于第一腔室120和/或第二腔室110的尺寸)、设置在第三腔室150的内部体积152内的流体的量以及第三腔室150的壁151的弹性，以在设置在能量吸收装置100的内部体积128内和/或间隙体积132内的流体(例如，不可压缩的流体)上产生期望的背压。
在某些情况下，壁(例如，能量吸收装置100的壁121、壁111、间隙材料130和/或第三腔室150的壁151)可以包括设置在其中的一个或多个带状件，其具有与其中设置该一个或多个带状件的壁不同的尺寸(例如，更大的最大周缘)和/或不同的弹性或抗拉强度。在某些情况下，包括设置在其中的具有不同的尺寸(例如，较大的最大周缘)和/或不同的弹性或抗拉强度的一个或多个带状件的壁可以允许微调壁的变形阻力(例如，经由随着壁变的一个或多个带状件的增长，例如在远离装置的纵向轴线的径向方向上)。以这种方式，能量吸收装置的一个或多个壁的组成可以设计成在壁的变形过程中提供期望的阻力轮廓(例如，其中壁设计成在壁变形过程中施加连续的(线性或非线性)或阶梯式的阻力轮廓)。
第一腔室120的壁121可以由可塌缩材料制成。在许多情况下，第一腔室的壁121可以包括柔性材料。例如，第一腔室的壁121可以包括硅酮。在某些情况下，第一腔室120的壁121可以包括模制硅酮。第二腔室110的壁111可以由可塌缩材料制成。在许多情况下，第二腔室110的壁111可以包括柔性材料。例如，第一腔室的壁111可以包括聚合物或复合材料。例如，第一腔室的壁111可包括乳胶、氯丁橡胶或合成橡胶，比如硅酮(例如，固化硅橡胶，例如具有在00-30或00-30A之间的肖氏A硬度)。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁(例如，壁121、壁111或间隙材料130)可以具有0.1mm至10mm的厚度。在某些实施例中，能量吸收装置的壁(例如，壁121、壁111或间隙材料130)的厚度可以为0.1mm至0.5mm、0.1mm至1mm、0.1mm至2mm、0.1mm至3mm、0.1mm至4mm、0.1mm至5mm、0.1mm至6mm、0.1mm至7mm、0.1mm至8mm、0.1mm至9mm、0.1mm至10mm、0.5mm至1mm、0.5mm至2mm、0.5mm至3mm、0.5mm至4mm、0.5mm至5mm、0.5mm至6mm、0.5mm至7mm、0.5mm至8mm、0.5mm至9mm、0.5mm至10mm、1mm至2mm、1mm至3mm、1mm至4mm、1mm至5mm、1mm至6mm、1mm至7mm、1mm至8mm、1mm至9mm、1mm至10mm、2mm至3mm、2mm至4mm、2mm至5mm、2mm至6mm、2mm至7mm、2mm至8mm、2mm至9mm、2mm至10mm、3mm至4mm、3mm至5mm、3mm至6mm、3mm至7mm、3mm至8mm、3mm至9mm、3mm至10mm、4mm至5mm、4mm至6mm、4mm至7mm、4mm至8mm、4mm至9mm、4mm至10mm、5mm至6mm、5mm至7mm、5mm至8mm、5mm至9mm、5mm至10mm、6mm至7mm、6mm至8mm、6mm至9mm、6mm至10mm、7mm至8mm、7mm至9mm、7mm至10mm、8mm至9mm、8mm至10mm或9mm至10mm。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁的厚度可以是0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁的厚度可以至少是0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁的厚度可以至多是0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
在某些情况下，可以选择能量吸收装置的结构(例如，壁121、壁111或间隙材料130)的材料，以提供具有期望范围内的刚度的结构。在某些实施例中，能量吸收装置的壁(或其部分)可以具有0.5MPa至500MPa的刚度。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁(或其部分)的刚度可以是0.5MPa至1Mpa、0.5MPa至1.5MPa、0.5MPa至2MPa、0.5MPa至2.5MPa、0.5MPa至5MPa、0.5MPa至7.5MPa、0.5MPa至10MP、0.5MPa至20MPa、0.5MPa至50MPa、0.5MPa至100MPa、0.5MPa至500MPa、1MPa至1.5MPa、1MPa至2MPa、1MPa至2.5MPa、1MPa至5MPa、1MPa至7.5MPa、1MPa至10MPa、1MPa至20MPa、1MPa至50MPa、1MPa至100MPa、1MPa至500MPa、1.5MPa至2MPa、1.5MPa至2.5MPa、1.5MPa至5MPa、1.5MPa至7.5MPa、1.5MPa至10MPa、1.5MPa至20MPa、1.5MPa至50MPa、1.5MPa至100MPa、1.5MPa至500MPa、2MPa至2.5MPa、2MPa至5MPa、2MPa至7.5MPa、2MPa至10MPa、2MPa至20MPa、2MPa至50MPa、2MPa至100MPa、2MPa至500MPa、2.5MPa至5MPa、2.5MPa至7.5MPa、2.5MPa至10MPa、2.5MPa至20MPa、2.5MPa至50MPa、2.5MPa至100MPa、2.5MPa至500MPa、5MPa至7.5MPa、5MPa至10MPa、5MPa至20MPa、5MPa至50MPa、5MPa至100MPa、5MPa至500MPa、7.5MPa至10MPa、7.5MPa至20MPa、7.5MPa至50MPa、7.5MPa至100MPa、7.5MPa至500MPa、10MPa至20MPa、10MPa至50MPa、10MPa至100MPa、10MPa至500MPa、20MPa至50MPa、20MPa至100MPa、20MPa至500MPa、50MPa至100MPa、50MPa至500MPa或100MPa至500MPa。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁(或其部分)的刚度可以是0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、5MPa、7.5MPa、10MPa、20MPa、50MPa、100MPa或500MPa。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁(或其部分)的刚度可以至少是0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、5MPa、7.5MPa、10MPa、20MPa、50MPa、100MPa或500MPa。
在某些实施例中，能量吸收装置的壁(或其部分)的刚度可以至多是1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、5MPa、7.5MPa、10MPa、20MPa、50MPa、100MPa或500MPa。
系统
本文提供了用于吸收能量(例如，来自外部冲击力)的系统200。在许多情况下，用于吸收能量的系统200可以包括本文公开的一个或多个力吸收装置100(例如，能量吸收装置)。例如，用于吸收能量的系统200可以包括多个能量吸收装置100(例如，如图17A-17E所示)。系统200包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、从20至25、从25至30、从30至40、从40至50、从50至75、从75至100、从100至150、从150至200、从200至250、从250至500、从500至1,000、从1,000至2,500、从2,500至5,000、从5,000至10,000或超过10,000个能量吸收装置100。在许多情况下，本文提供的能量吸收装置是独立的且紧凑的，从而易于将多个单独的能量吸收装置100提供和布置在将会传递冲击碰撞的物体上或紧靠该物体。例如，多个能量吸收装置100可以联接到坚固支承件上，以增加施加到坚固支承件(例如，头盔外壳)的力或压力的分配，这可以减少由系统缓冲的物体经受所施加的(例如，冲击)力或压力的大小和/或速度。
一个或多个能量吸收装置100可以永久地联接到坚固支承件。例如，多个能量吸收装置100可以永久地联接到坚固支承件。在某些情况下，将一个或多个能量吸收装置100永久地联接到坚固支承件，可允许该一个或多个能量吸收装置100相比一个或多个能量吸收装置未永久联接到坚固支承件时更牢固地附接到坚固支承件。在某些情况下，将一个或多个能量吸收装置100更牢固地附接到坚固支承件，可以帮助该一个或多个能量吸收装置相对于坚固支承件保持在期望位置或布置中。在某些情况下，将一个或多个能量吸收装置100相对于坚固支承件维持在期望位置或布置中有助于维持系统吸收一致的能量。
在某些情况下，本文公开的系统的一个或多个能量吸收装置100直接地联接到坚固支承件。在某些情况下，本文公开的系统的一个或多个能量吸收装置100间接地联接到坚固支承件。在某些情况下，本文公开的系统的一个或多个能量吸收装置100联接到中间支承件，该中间支承件在一个或多个联接位置处连接到坚固支承件190。在某些情况下，中间支承件是刚性的。在某些情况下，中间支承件是非刚性的。例如，中间支承件可以包括联接到系统200的一个或多个能量吸收装置100的网带或网状物，例如，其中中间支承件还联接到系统200的坚固支承件190。在某些情况下，联接到中间支承件的一个或多个能量吸收装置不直接地联接到坚固支承件190。
一个或多个能量吸收装置100可以可拆卸地联接到坚固支承件。例如，多个能量吸收装置100可以可拆卸地联接到坚固支承件。在某些情况下，将一个或多个能量吸收装置100可拆卸地联接到坚固支承件可允许重新布置和/或更换一个或多个能量吸收装置。在某些情况下，坚固支承件上的一个或多个能量吸收装置100的重新布置和/或更换可以允许改变坚固支承件上能量吸收装置的图案或构造，例如，经由不同的外部力或压力或在不同的应用期间(例如，在坚固支承件预计以不同的方式负载或系统所保护的物体的特性发生变化的情况下)改善对传递到系统的能量的吸收。在某些情况下，将一个或多个能量吸收装置100可拆卸地联接到坚固支承件允许更换一个或多个能量吸收装置100中的能量吸收装置100(或多个能量吸收装置)(例如，在失效后，例如，由于材料疲劳或过压)，而无需更换整个系统。例如，如果包括多个能量吸收装置100的运动头盔经受了多个能量吸收装置中的一个或多个的失效，则可以更换失效的一个或多个能量吸收装置，而无需更换所有能量吸收装置或整个头盔。在某些情况下，可将用于吸收能量的系统的一个或多个能量吸收装置100替换该一个或多个能量吸收装置，以改变系统区域中能量吸收装置的密度或改变系统区域中一个或多个能量吸收装置的特性(例如，通过将一个或多个能量吸收装置替换为一个或多个能量吸收装置来增加或降低系统区域内的能量吸收率，例如，与系统原始的一个或多个能量吸收装置相比，该一个或多个能量吸收装置具有不同的尺寸、第一腔室的一个或多个更厚或更有弹力的壁、第二腔室的一个或多个更有弹性的壁)。
在某些情况下，用于吸收能量的系统包括第一坚固支承件和第二坚固支承件，该第一坚固支承件联接到一个或多个能量吸收装置100中的每一个的第一端102，该第二坚固支承件联接到一个或多个能量吸收装置100的第二端104。在某些情况下，第一坚固支承件经受外部力或压力(例如，外部冲击碰撞)，而第二支承件有助于将通过一个或多个能量吸收装置传递的力或压力跨越物体表面分配，以缓冲外部力或压力。
本文所述的装置100或系统200中使用的坚固支承件190可以是线性弹性材料。例如，坚固支承件可以是硬塑料或复合材料。在许多情况下，选择坚固支承件以使其刚度高于能量吸收装置100的整体刚度(例如，在冲击碰撞下)。在某些实施例中，坚固支承件可以具有0.5GPa至100GPa的刚度。
在某些实施例中，坚固支承件的刚度可以是0.5GPa至1GPa、0.5GPa至1.5GPa、0.5GPa至2GPa、0.5GPa至2.5GPa、0.5GPa至5GPa、0.5GPa至7.5GPa、0.5GPa至10GPa、0.5GPa至20GPa、0.5GPa至50GPa、0.5GPa至100GPa、1GPa至1.5GPa、1GPa至2GPa、1GPa至2.5GPa、1GPa至5GPa、1GPa至7.5GPa、1GPa至10GPa、1GPa至20GPa、1GPa至50GPa、1GPa至100GPa、1.5GPa至2GPa、1.5GPa至2.5GPa、1.5GPa至5GPa、1.5GPa至7.5GPa、1.5GPa至10GPa、1.5GPa至20GPa、1.5GPa至50GPa、1.5GPa至100GPa、2GPa至2.5GPa、2GPa至5GPa、2GPa至7.5GPa、2GPa至10GPa、2GPa至20GPa、2GPa至50GPa、2GPa至100GPa、2.5GPa至5GPa、2.5GPa至7.5GPa、2.5GPa至10GPa、2.5GPa至20GPa、2.5GPa至50GPa、2.5GPa至100GPa、5GPa至7.5GPa、5GPa至10GPa、5GPa至20GPa、5GPa至50GPa、5GPa至100GPa、7.5GPa至10GPa、7.5GPa至20GPa、7.5GPa至50GPa、7.5GPa至100GPa、10GPa至20GPa、10GPa至50GPa、10GPa至100GPa、20GPa至50GPa、20GPa至100GPa或50GPa至100GPa。
在某些实施例中，坚固支承件的刚度可以是0.5GPa、1GPa、1.5GPa、2GPa、2.5GPa、5GPa、7.5GPa、10GPa、20GPa、50GPa或100GPa.
在某些实施例中，坚固支承件的刚度可以至少是0.5GPa、1GPa、1.5GPa、2GPa、2.5GPa、5GPa、7.5GPa、10GPa、20GPa、50GPa或100GPa.
在某些实施例中，坚固支承件的刚度可以至多是1GPa、1.5GPa、2GPa、2.5GPa、5GPa、7.5GPa、10GPa、20GPa、50GPa或100GPa.
在某些情况下，系统200可以包括一个或多个压力分配板195，例如，如图18E所示。在某些情况下，压力分配板195联接到如本文公开的多个能量吸收装置100中的每一个的远端。在许多情况下，将压力分配板195联接到多个能量吸收装置100中的每一个有助于将施加在由系统200保护的物体上的力和/或压力(例如，与多个能量吸收装置100中的一个或多个能量吸收装置的一个或多个远端接触)跨越物体的更大的表面积分配(例如，以通过减少施加在物体的部分上的压力来降低损坏物体的可能性)。
在某些情况下，压力分配板195是刚性的。在某些情况下，压力分配板195是柔性的(例如，以提供与系统所保护的物体更形状配合的接触)。
在某些情况下，压力分配板195联接到1个能量吸收装置至50个能量吸收装置(例如，其远端)。
在某些情况下，压力分配板195联接到1至2个能量吸收装置、1至3个能量吸收装置、1至4个能量吸收装置、1至5个能量吸收装置、1至6个能量吸收装置、1至7个能量吸收装置、1至8个能量吸收装置、1至9个能量吸收装置、1至10个能量吸收装置、1至20个能量吸收装置、1至50个能量吸收装置、2至3个能量吸收装置、2至4个能量吸收装置、2至5个能量吸收装置、2至6个能量吸收装置、2至7个能量吸收装置、2至8个能量吸收装置、2至9个能量吸收装置、2至10个能量吸收装置、2至20个能量吸收装置、2至50个能量吸收装置、3至4个能量吸收装置、3至5个能量吸收装置、3至6个能量吸收装置、3至7个能量吸收装置、3至8个能量吸收装置、3至9个能量吸收装置、3至10个能量吸收装置、3至20个能量吸收装置、3至50个能量吸收装置、4至5个能量吸收装置、4至6个能量吸收装置、4至7个能量吸收装置、4至8个能量吸收装置、4至9个能量吸收装置、4至10个能量吸收装置、4至20个能量吸收装置、4至50个能量吸收装置、5至6个能量吸收装置、5至7个能量吸收装置、5至8个能量吸收装置、5至9个能量吸收装置、5至10个能量吸收装置、5至20个能量吸收装置、5至50个能量吸收装置、6至7个能量吸收装置、6至8个能量吸收装置、6至9个能量吸收装置、6至10个能量吸收装置、6至20个能量吸收装置、6至50个能量吸收装置、7至8个能量吸收装置、7至9个能量吸收装置、7至10个能量吸收装置、7至20个能量吸收装置、7至50个能量吸收装置、8至9个能量吸收装置、8至10个能量吸收装置、8至20个能量吸收装置、8至50个能量吸收装置、9至10个能量吸收装置、9至20个能量吸收装置、9至50个能量吸收装置、10至20个能量吸收装置、10至50个能量吸收装置或20至50个能量吸收装置(例如，其远端)。
在某些情况下，压力分配板195联接到1个能量吸收装置、2个能量吸收装置、3个能量吸收装置、4个能量吸收装置、5个能量吸收装置、6个能量吸收装置、7个能量吸收装置、8个能量吸收装置、9个能量吸收装置、10个能量吸收装置、20个能量吸收装置或50个能量吸收装置(例如，其远端)。
在某些情况下，压力分配板195联接到至少1个能量吸收装置、2个能量吸收装置、3个能量吸收装置、4个能量吸收装置、5个能量吸收装置、6个能量吸收装置、7个能量吸收装置、8个能量吸收装置、9个能量吸收装置、10个能量吸收装置、20个能量吸收装置或至少50个能量吸收装置(例如，其远端)。
在某些情况下，压力分配板195联接到至多1个能量吸收装置、2个能量吸收装置、3个能量吸收装置、4个能量吸收装置、5个能量吸收装置、6个能量吸收装置、7个能量吸收装置、8个能量吸收装置、9个能量吸收装置、10个能量吸收装置、20个能量吸收装置或50个能量吸收装置(例如，其远端)。
在许多实施例中，系统200包括多个压力分配板195。
在某些情况下，一个或多个能量吸收装置100联接到第一支承件(例如，在一个或多个装置的近端处的坚固支承件190)和第二支承件(例如，在一个或多个装置的远端处的压力分配板)。
在某些情况下，系统200可以包括弹性可压缩材料192。在许多情况下，弹性可压缩材料192联接到坚固支承件190。在某些情况下，弹性可压缩材料有助于防止待保护物体在包括极端冲击力和/或极端冲击速度的负载条件下(例如，在系统200的一个或多个能量吸收装置100完全变形或塌缩之后)触底。在许多情况下，弹性可压缩材料192联接到坚固支承件190，该坚固支承件190相邻于联接到坚固支承件190的一个或多个能量吸收装置100的近端(例如，如果期望在外部力或压力负载期间限制弹性可压缩材料的变形对装置的力和变形轮廓的贡献)。在某些情况下，弹性可压缩材料192包括泡沫(例如，高密度泡沫或低密度泡沫)或聚苯乙烯。
示例
能量吸收装置压缩期间力轮廓的评估
该示例示出了经受外部轴向冲击的圆柱形能量吸收装置的模拟和实验力轮廓的评估。如本文所述，有限元模型用于预测由圆柱形能量吸收装置施加的力随时间的变化。如图10A所示，该模型预测了双相力轮廓，其中，随着将不可压缩流体经由多个孔口推出第一腔室进入间隙空间，施加的力的初始上升和下降可能是由于内部液体压力，随后施加的力的上升和下降可能是由于增强硅酮壁和间隙材料的屈曲。当改变孔口尺寸时，发现了与8.5mm直径孔口或具有8.0mm直径孔口的装置相比，具有9mm直径孔口尺寸的装置提供的力曲线的力随时间变化量最小(见图10B)。
台式测试表明，孔口直径为15mm、18mm和21mm的能量吸收装置产生了优异的力随时间变化曲线和加速度随时间变化曲线(分别参见图11A和图11B)，而孔口直径为24mm的能量吸收装置示出了可接受的力随时间变化曲线。
公开的能量吸收装置与替代冲击吸收技术的比较
该示例示出了公开的能量吸收装置100、坚固泡沫冲击吸收材料、屈曲锥形冲击吸收器与空气阻尼器的力-位移曲线的比较。图12A是示出了坚固泡沫衬垫(灰色阴影曲线)和理想化冲击吸收器(黑线)的力位移的示意图。泡沫衬垫在高位移百分比时力施加急剧增加，并且无法完全位移(例如，塌缩)，导致泡沫衬垫的体积175无法用于冲击吸收。实验数据示出，本文公开的能量吸收装置100在冲击速度为3.1m/s和4.3m/s时，没有表现出由泡沫衬垫(泡沫)、空气阻尼器(空气)和屈曲锥形冲击吸收器(锥形)所示出的力峰值(分别参见图12B和图12C)。与具有相同高度的替代品相比，本文公开的能量吸收装置100还示出了吸收器体积(例如，最大百分比位移)的更有效使用。在较高的速度下(例如，5.5m/s，如图12D所示)，本文公开的能量吸收装置100表现出最佳测量的力-位移动力学，而空气阻尼器和泡沫衬垫吸收器存在最大力值高和最大移位低的问题。
制造的能量吸收装置性能与计算建模预测的评估
该示例示出了真实世界的能量吸收装置性能与使用计算建模预测的性能的评估。具有圆柱形第一腔室构造的能量吸收装置经受速度为3.1m/s、4.2m/s和5.5m/s的轴向外部冲击，并绘制记录的力数据曲线(Exp)(n＝3)与有限元计算模型(FE)预测的值随时间变化的关系图(参见图13A-13C)。结果图示出了真实世界的实验和预测值之间的良好一致性。
恒力能量吸收器
该示例示出了能量吸收装置在变形期间施加的恒力。能量吸收装置设计成具有图14A中所示的“火山”几何形状，其初始高度为50mm，在其近端处的初始直径为50mm，在其远端的初始直径为22mm，以确定可变接触面积装置(VCAA)是否可以设计成在轴向压缩下施加恒定的力。还设计了各种附加的“火山”型VCAA装置，其具有不同的初始(例如，未变形的)第一腔室高度112、初始(例如，未变形的)近端宽度116以及不同的初始(例如，未变形的)远端宽度114(例如，参见图5A-5D)。如图4A-4C所示，能量吸收装置(例如，阻尼器)包括在第一腔室的近端表面上的孔口，第一腔室中的流体能够通过该孔口流入位于刚性支承件(未示出)下方的第二腔室中。图4D示出了高度为50mm的第一腔室120的接触面积(mm2)与位移距离(mm)之间的数学上确定的关系。
使用计算机建模预测装置的力分布。随着第一腔室的壁121的远端的位移百分比(在近侧方向上)增加(参见图14B)，接触面积显示增加，同时力保持恒定并且压力降低。在此之后，使用计算模型来预测设计的能量吸收装置所达到的恒力水平，其中15kg质量从15mm的跌落高度冲击VCAA的远端，假设VCAA的第一腔室中的流体密度为103kg/m3(参见图14C)。对施加在VCAA上的各种冲击速度，也预测了恒力的持续时间(参见图14D)。这些结果示出了VCAA可用于以低、中、高冲击速度实现恒力，表明VCAA设计可用于避免诸如泡沫等传统冲击吸收器技术所表现出的潜在破坏性峰值和加速度变化。
图15A和图15B示出了具有坚固端盖的“火山”构造的VCAA能量吸收装置100的有限元模型的外部视图和剖视图，其用于轴向冲击压缩的有限元建模模拟。在这些附图中，示出了坚固端盖的宽度(或直径)等于或基本上等于能量吸收装置与之接触的部分。在某些情况下，端盖的至少部分可以是刚性的。在某些情况下，整个端盖是刚性的。在某些情况下，端盖的部分可以是柔性的。在某些情况下，端盖的宽度或直径大于能量吸收装置100或其部分(例如，能量吸收装置的远端)的宽度或直径，例如，以减少施加在由能量吸收装置保护的物体上的压力。在某些情况下，端盖的宽度或直径比能量吸收装置(或其部分)的宽度或直径大1.1至1.5倍、大1.5至2.0倍或大2.0倍。图15C示出了有限元模型中轴向压缩测试的情况下的VCAA。图15D示出了在相同有限元测试情况中使用的圆柱形能量吸收装置的有限元模型。力-位移模拟示出了VCAA在所有三种冲击速度(5m/s、7m/s和9m/s；分别参见图15E、15F和15G)下的优异性能，没有明显的力峰值和优异的最大位移百分比。圆柱形能量吸收装置在所有三种测试条件下都示出了可接受的结果。分别在图15H、图15I和图15J中呈现的对于5m/s、7m/s和9m/s的冲击速度的力随时间曲线也示出了VCAA装置的优异结果，没有明显的力峰值，并且随着时间的推移，力的施加相对恒定。圆柱形能量吸收装置对所有三种冲击速度都示出了可接受的结果。分别在图15K、图15L和图15M中呈现的5m/s、7m/s和9m/s的冲击速度的压力随时间的曲线，示出了VCAA装置的良好结果，随时间变化的压力相对较低且相对恒定。圆柱形能量吸收装置对所有三种冲击速度都示出了可接受的结果。
图16A示出了在冲击速度为5米/秒(m/s)、6m/s、7m/s、8m/s和9m/s时，VCAA和圆柱形能量吸收装置(CA)设计的预测位移利用百分比，这是通过计算建模得到的。结果表明，在所有冲击速度下，VCAA设计产生的位移利用百分比都大于90％。在所有速度下，特别是在较高的速度下，为圆柱形能量吸收装置计算的位移利用百分比值也非常优异。
图16B示出了对于1m/s、2m/s、3m/s、4m/s和5m/s的冲击速度的VCAA和CA的冲击吸收效率百分比的计算机预测，其中冲击吸收效率百分比是通过在计算机模型中的理想施加的力除以最大观察到的施加的力来计算的。从这些计算建模实验中，VCAA能量吸收装置示出冲击吸收效率的显著提高。
包括能量吸收装置的头盔
该示例示出了头盔系统200，该头盔系统200包括本文公开的用于保护佩戴头盔的受试者的能量吸收装置。如图17A-17D的图示以及图18A和图18B的照片所示，多个能量吸收装置100包括：第一腔室120，该第一腔室120具有圆柱形侧壁，并且多个孔口140设置在该第一腔室的侧壁中；第二腔室的壁111，其联接到第一腔室的侧壁的外表面；高强度织物间隙材料130，其联接到刚性头盔外壳190的内部表面。在该示例中，刚性头盔外壳190构造成包括面罩202和下巴托204的美式橄榄球头盔。
在许多实施例中，该系统包括一个或多个压力分配板195。在图18E所示的示例中，附接到多个能量分配装置100的压力分配板195有助于将能量吸收装置100施加的压力分配在被保护的物体的更大区域上，使其免受外部力(例如，外部冲击)的影响。在许多情况下，使用压力分配板195在更大区域上增加压力分配，会降低对被保护物体(例如，佩戴头盔的受试者的皮肤和/或头骨)的损害的风险。压力分配板195可以例如在一个或多个能量吸收装置100的远端处联接到一个或多个能量吸收装置100。在图18E所示的示例中，系统200包括多个压力分配板195，并且每个压力分配板联接到三个能量吸收装置的远端。
图18C示出了在利用冲击速度为5.0m/s的冲击器接触头盔系统200或者包括多个空气阻尼器(标记为“空气”的曲线迹线)的头盔系统之后测量的线性加速度，该头盔系统200包括多个包含液态水流体(标记为“液压”的曲线迹线)的能量吸收装置，如本文所公开的。图18D示出了在利用冲击速度为5.0m/s的冲击器接触头盔系统200或者包括多个空气阻尼器(标记为“空气”的曲线迹线)的头盔系统之后测量的角加速度，该头盔系统200包括多个能量吸收装置，其中每个能量吸收装置包含液态水(“液压”)，如本文所公开的。图18E示出了在利用冲击速度为7.4m/s的冲击器接触头盔系统200或者包括多个空气阻尼器(标记为“空气”的曲线迹线)的头盔系统之后测量的线性加速度，该头盔系统200包括多个能量吸收装置，其中每个能量吸收装置包含液态水流体(标记为“液压”的曲线迹线)，如本文所公开的。图18F示出了在利用冲击速度为7.4m/s的冲击器接触头盔系统200或者包括多个空气阻尼器(“空气”)的头盔系统之后测量的角加速度，该头盔系统200包括多个能量吸收装置，其中每个能量吸收装置包含液态水(“液压”)，如本文所公开的。这些结果表明，当能量吸收装置采用水或空气作为流体时，包括联接到刚性坚固支承件190的多个能量吸收装置100的系统200可用于保护物体(例如，受试者的头部)免受冲击碰撞。特别地，能量吸收装置在冲击后维持低的线性加速度和角加速度。与充气式能量吸收装置相比，包含液态水的能量吸收装置在冲击后的初始加速度峰值方面具有优势。
虽然本文示出并描述了本发明的优选实施例，对本领域技术人员来说显而易见的是，这些实施例仅作为示例提供。在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变及替换。应当理解，在本发明的实践中可采用对在本文所描述的本发明的实施例所做的各种替代方案。意图是以下权利要求书限定本发明的范围，并且由此覆盖在这些权利要求书的范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (48)

1.一种用于吸收外部冲击力的装置，所述装置包括：
可塌缩伸长腔室，所述可塌缩伸长腔室具有抵抗周向扩张的第一壁；
再填充腔室，所述再填充腔室至少部分地封围所述可塌缩伸长腔室的所述第一壁的外表面，其中，所述再填充腔室构造成响应于内部压力而扩张；
贮存空间，所述贮存空间设置在所述再填充腔室的壁的内表面与所述第一壁的所述外表面之间，其中，所述可塌缩伸长腔室的内部经由穿过所述第一壁设置的至少一个孔口与所述贮存空间双向流体连通；以及
不可压缩流体，所述不可压缩流体包含在所述可塌缩伸长腔室的所述内部中，其中，当所述腔室由所述外部冲击力压缩时，随着所述不可压缩流体从所述腔室的所述内部流过所述至少一个孔口，所述贮存空间接收所述不可压缩流体以扩张所述再填充腔室，由此所述冲击力由所述装置吸收或耗散。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述再填充腔室的所述壁构造成响应于所述内部压力而在基本径向方向上周向地向外扩张。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述再填充腔室的所述壁包括弹性材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述贮存空间与第一可塌缩伸长腔室的内部以及第二可塌缩伸长腔室的内部双向流体连通。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述不可压缩流体是水。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室是轴向可塌缩的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个孔口的孔口穿过所述第一壁设置在所述可塌缩伸长腔室的近端处。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个孔口的孔口穿过所述第一壁设置在所述可塌缩伸长腔室的近端处。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个孔口的孔口穿过所述第一壁设置在所述可塌缩伸长腔室的所述近端与所述远端之间。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个孔口的孔口具有从1mm2到1,000mm2的截面面积。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的所述截面面积沿着所述装置的纵向轴线从近端到远端线性减小。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的所述截面面积沿着所述装置的纵向轴线从近端到远端非线性减小。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述再填充腔室的所述壁的所述内表面与所述第一壁的所述外表面之间的膜。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述膜是高强度材料。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述膜包括可渗透材料。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述膜包括不可渗透材料。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的装置，其特征在于，所述膜的至少一部分是机械各向同性的。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的装置，其特征在于，所述膜的至少一部分是机械各向异性的。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室在未变形时具有从5mm到1,000mm的轴向高度。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室在未变形时具有从10mm到50mm的轴向高度。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室在未变形时具有从5mm到50mm的垂直于纵向轴线的最大宽度。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的近端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的装置，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的远端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。
24.根据权利要求1-23中任一项所述的装置，其特征在于，还包括弹性可压缩材料，所述弹性可压缩材料设置在所述第一可塌缩伸长腔室内，并在所述装置的近端处联接到所述第一壁的内表面。
25.一种用于吸收外部冲击力的系统，包括：
刚性支承件；以及
一个或多个力吸收装置，所述一个或多个力吸收装置附接到所述刚性支承件，所述一个或多个力吸收装置中的至少一个力吸收装置包括：
可塌缩伸长腔室，所述可塌缩伸长腔室具有抵抗周向扩张的第一壁；
再填充腔室，所述再填充腔室至少部分地封围所述可塌缩伸长腔室的所述第一壁的外表面，其中，所述再填充腔室构造成响应于内部压力而扩张；
贮存空间，所述贮存空间设置在所述再填充腔室的内壁与所述第一壁的所述外表面之间，其中，所述腔室的内部经由穿过所述第一壁设置的至少一个孔口与所述贮存空间双向流体连通；以及
不可压缩流体，所述不可压缩流体包含在所述可塌缩伸长腔室的所述内部中，其中，当所述腔室由外部冲击力压缩时，随着所述不可压缩流体从所述腔室的所述内部流过所述至少一个孔口，所述贮存空间接收所述不可压缩流体以扩张所述再填充腔室，由此所述冲击力由所述装置吸收或耗散。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述刚性支承件永久地联接到所述一个或多个力吸收装置中的至少一个力吸收装置的近端。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述刚性支承件可移除地联接到所述一个或多个力吸收装置中的至少一个力吸收装置的近端。
28.根据权利要求25-27中任一项所述的系统，其特征在于，还包括多个力吸收装置。
29.根据权利要求25-28中任一项所述的系统，其特征在于，还包括第二支承件，所述第二支承件联接到所述多个装置中的至少一个装置的远端。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述第二支承件联接到所述多个力吸收装置中的每一个的远端。
31.根据权利要求25-30中任一项所述的系统，其特征在于，所述贮存空间与第一可塌缩伸长腔室的内部以及第二可塌缩伸长腔室的内部双向流体连通。
32.根据权利要求25-31中任一项所述的系统，其特征在于，所述刚性支承件是头盔外壳。
33.根据权利要求25-32中任一项所述的系统，其特征在于，所述再填充腔室的所述壁构造成响应于所述内部压力而在基本径向方向上周向地向外扩张。
34.根据权利要求25-33中任一项所述的系统，其特征在于，所述贮存空间与第一可塌缩伸长腔室的内部以及第二可塌缩伸长腔室的内部双向流体连通。
35.根据权利要求25-34中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个孔口的孔口穿过所述第一壁设置在所述可塌缩伸长腔室的近端处。
36.根据权利要求25-35中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个孔口的孔口具有从1mm2到1,000mm2的截面面积。
37.根据权利要求25-36中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的所述截面面积沿着所述装置的纵向轴线从近端到远端线性减小。
38.根据权利要求25-37中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的所述截面面积沿着所述装置的纵向轴线从近端到远端非线性减小。
39.根据权利要求25-38中任一项所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述再填充腔室的所述壁的所述内表面与所述第一壁的所述外表面之间的织物。
40.根据权利要求25-39中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室在未变形时具有从10mm到50mm的轴向高度。
41.根据权利要求25-40中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室在未变形时具有从5mm到50mm的垂直于纵向轴线的最大宽度。
42.根据权利要求25-41中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的近端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。
43.根据权利要求25-42中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室的远端的最大宽度在未变形时为5mm到60mm。
44.根据权利要求25-43中任一项所述的系统，其特征在于，所述可塌缩伸长腔室是轴向可塌缩的。
45.根据权利要求25-44中任一项所述的系统，其特征在于，还包括联接到所述坚固支承件的弹性可压缩材料。
46.根据权利要求45所述的系统，其特征在于，所述弹性可压缩材料相邻于所述一个或多个力吸收装置中的至少一个的所述近端设置。
47.一种用于吸收能量的装置，所述装置包括：
第一腔室，所述第一腔室包括围绕所述第一腔室的内部的第一壁，所述第一壁包括至少一个孔口；
第二腔室，所述第二腔室包括第二壁，所述第二壁联接到所述第一壁；以及
不可压缩流体，所述不可压缩流体设置在所述第一腔室内，
其中，所述第一腔室的所述内部经由所述至少一个孔口与间隙体积双向流体连通，所述间隙体积设置在所述第一壁的所述外表面与所述第二壁的内表面之间。
48.根据权利要求47所述的装置，其特征在于，所述第二壁联接到所述第一壁的外表面。
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