CN203268653U - 一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构，包括从上到下依次设置的第一三角层、第二三角层、第三三角层及第四三角层，通过改变靠近冲击端前三层三角形二维栅格的扩展角角度，使其由膜应力为主的缓冲结构变为以弯曲应力为主的缓冲结构，使得材料冲击过程中弹性变形末的初始峰应力接近于相应平均动态峰应力，从而避免了规则二维三角形共面缓冲结构材料在没有充分发挥其优良缓冲性能的情况下就导致被防护对象受损的情形，而且平均动态峰应力变大，能量吸收性能得到了进一步提高。
Description
技术领域
本实用新型属于缓冲包装防护结构技术领域，具体涉及一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构。
背景技术
作为一种缓冲包装防护用的多孔材料，规则三角形二维多孔材料因具有良好的缓冲、隔音、隔热等性能在航空、包装、军事、建筑、交通、家具制造等领域内广泛应用。规则的二维多孔材料按照构型不同，可分为三角形、四边形、六边形、斜方形、钻石形等多种。根据共面受力时主导变形的应力种类的不同，规则的二维多孔材料可以分为弯曲应力为主和膜应力为主两种。规则的二维多孔材料之所以具有良好的缓冲性能，因为其应力应变曲线在弹性阶段变形过后密实化之前，会保持某一水平上下波动从而吸收大量能量，这一阶段称为“平台区变形阶段”，该阶段的平均应力值称之为“平均峰应力”。弯曲应力为主的缓冲材料在弹性变形末的初始峰应力接近于平均峰应力，而膜应力为主的缓冲材料在弹性阶段末会达到很高的初始峰应力，而后发生屈曲应力急剧降低，最后围绕平均峰应力水平上下波动直至密实。这样的特征使得膜应力为主的缓冲材料在变形的初始会产生一个很大的冲击反力，从而发生在没有充分发挥其优良缓冲性能的情况下就导致被防护对象受损的情形。规则三角形二维多孔材料是一种典型的膜应力为主的共面缓冲结构材料，就具有这样的特征。对于该材料，在实际应用中必须采取措施，避免此种情形的发生。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构，解决了现有规则二维三角形多孔材料在实际应用中在没有充分发挥其优良缓冲性能的情况下就导致被防护对象受损的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构，包括从上到下依次设置的第一三角层、第二三角层、第三三角层及第四三角层。
本实用新型的特点还在于，
其中的第四三角层设置有两层或两层以上。
其中的第一三角层及第二三角层的扩展角为20度。
其中的第三三角层的扩展角为40度。
其中的第四三角层的扩展角为60度。
本实用新型的有益效果是，通过改变靠近冲击端前三层三角形二维栅格的扩展角角度，使其由膜应力为主的缓冲结构变为以弯曲应力为主的缓冲结构，使得材料冲击过程中弹性变形末的初始峰应力接近于相应平均动态峰应力水平，从而避免了二维三角形共面缓冲结构材料在没有充分发挥其优良缓冲性能的情况下就导致被防护对象受损的情形。而且平均动态峰应力变大，能量吸收性能得到了进一步提高。
附图说明
图1是规则二维三角形共面缓冲结构材料结构和冲击受力图；
图2是v=5m/s时规则二维三角形缓冲结构材料共面冲击应力应变曲线图；
图3是v=10m/s时规则二维三角形缓冲结构材料共面冲击应力应变曲线图；
图4是v=15m/s时规则二维三角形缓冲结构材料共面冲击应力应变曲线图；
图5是本实用新型扩展角变化的缓冲结构的结构示意图；
图6是v=5m/s时扩展角变化的缓冲结构的共面冲击应力应变曲线图；
图7是v=10m/s时扩展角变化的缓冲结构的共面冲击应力应变曲线图；
图8是v=15m/s时扩展角变化的缓冲结构的共面冲击应力应变曲线图。
图中，1.第一三角层，2.第二三角层，3.第三三角层，4.第四三角层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
工程中通常使用的二维三角形共面缓冲结构材料是规则构型的，其结构和共面受力如图1所示，垂直于纸面有一定的深度，上下相邻两层交错排列，三角形特征单元的斜边长为l，斜边与底边的夹角称为扩展角θ=60°，均匀的单元壁厚为t，箭头所指方向即为共面冲击受力方向。试验样品的壁材选用应变率不敏感的“双线性”应变硬化材料——某一铝合金，其力学参数为：杨氏模量Es=68.97GPa，屈服应力σys=292MPa，正切刚度Etan=689.7MPa，泊松比vs=0.35，密度ρs=2700Kg/m3。取l=3mm、t=0.1mm，当冲击体冲击速度v分别为5、10和15m/s三个典型速度时，冲击体与该种壁材的规则三角形二维共面缓冲结构材料之间相互作用的应力应变曲线分别如图2-4所示，相应共面峰应力和初始峰应力值如表1所示。
可见，其应力应变曲线在弹性变形末有一明显的初始峰应力点，该点所对应的初始峰应力明显高于后面平台区的平均峰应力。这样就很容易产生如前所述的，在没有充分发挥其优良缓冲性能的情况下就导致被防护对象受损的情形。
表1 不同冲击速度下规则三角形二维缓冲结构(l=3mm，t=0.1mm，θ=60°)共面平均动态峰应力和初始峰应力值
| 冲击速度(m/s) | 5 | 10 | 15 |
| 平均动态峰应力(MPa) | 1.0529 | 1.2248 | 1.2773 |
| 初始峰应力(MPa) | 6.4189 | 6.8018 | 6.2947 |
本实用新型通过改变靠近冲击端前三层三角形二维栅格的扩展角角度，使其由膜应力为主的缓冲结构材料变为以弯曲应力为主的缓冲结构，其具体结构如图5所示，包括从上到下依次设置的第一三角层1、第二三角层2、第三三角层3及多个第四三角层4。
相比规则二维三角形共面缓冲结构，靠近冲击端的第一三角层1、第二三角层2、第三三角层3三角形二维栅格的扩展角角度发生了改变，第一三角层1、第二三角层2扩展角θ1取值为20度，第三三角层3扩展角θ2取中值40度为过渡层，从第四三角层4开始扩展角θ仍保持为60度，整个结构材料壁厚均匀，为t。
采用扩展角变化的缓冲结构，其壁材选用如上所述的应变率不敏感的“双线性”应变硬化铝合金材料，当冲击体冲击速度v分别为5、10和15m/s三个典型冲击速度时，冲击体与该共面缓冲结构材料之间相互作用的应力应变曲线分别如图6-8所示，相应共面峰应力和初始峰应力值如表2所示。
表2 不同冲击速度下扩展角变化的二维三角形共面缓冲结构共面平均动态峰应力和初始峰应力值
| 冲击速度(m/s) | 5 | 10 | 15 |
| 平均动态峰应力(MPa) | 2.0582 | 1.9470 | 1.6365 |
| 初始峰应力(MPa) | 4.9225 | 5.6820 | 5.4555 |
由此可见，扩展角变化的缓冲结构变成了以弯曲应力为主的缓冲结构，在冲击过程初始阶段弹性变形末的初始峰应力接近于相应平均动态峰应力，避免了初始峰应力到来时被防护对象受损的情形，从而保证该材料在缓冲过程中顺利进入平台区变形，充分发挥其优良的缓冲性能。通过表1和表2的数据还可以看出，冲击速度一定时平均动态峰应力变大，说明角度变化后能量吸收性能也得到了进一步提高。
Claims (5)
1.一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构，其特征在于，包括从上到下依次设置的第一三角层（1）、第二三角层（2）、第三三角层（3）及第四三角层（4）。
2.根据权利要求1所述的扩展角变化的三角形共面缓冲结构，其特征在于，所述的第四三角层（4）设置有两层或两层以上。
3.根据权利要求1所述的扩展角变化的三角形共面缓冲结构，其特征在于，所述的第一三角层（1）及第二三角层（2）的扩展角为20度。
4.根据权利要求1所述的扩展角变化的三角形共面缓冲结构，其特征在于，所述的第三三角层（3）的扩展角为40度。
5.根据权利要求1或2所述的扩展角变化的三角形共面缓冲结构，其特征在于，所述的第四三角层（4）的扩展角为60度。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320240457 CN203268653U (zh) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | 一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构 |
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| CN 201320240457 CN203268653U (zh) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | 一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构 |
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| CN 201320240457 Expired - Fee Related CN203268653U (zh) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | 一种扩展角变化的三角形共面缓冲结构 |
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| CN (1) | CN203268653U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107826227A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-23 | 贵州大学 | 一种凹孔蜂窝空腔结构抗冲覆盖层 |
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2013
- 2013-05-06 CN CN 201320240457 patent/CN203268653U/zh not_active Expired - Fee Related
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