CN213618773U - 一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于车辆底部防护领域，具体涉及一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构。包括：基础防护组件和防护组件夹芯层；基础防护组件包括上板、底板和用于固定防护组件夹芯层的固定结构；防护组件夹芯层：包括负泊松比蜂窝材料、设置在负泊松比蜂窝材料上的上面板和设置在负泊松比蜂窝材料下的下面板；防护组件夹芯层通过上面板和下面板通过用于固定防护组件夹芯层的固定结构实现固定。本实用新型的防护结构，将底板设计为梯形结构，在上板与底板之间安装负泊松比蜂窝材料作为主要吸能结构，能够有效地吸收爆炸所产生的冲击能量；将负泊松比蜂窝材料与“三明治”防雷组件相互结合起来设计，提高了防雷组件的吸能效果，更好保证了乘员的安全。
Description
技术领域
本实用新型属于车辆底部防护领域，具体涉及一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构。
背景技术
军用车辆作为战场中重要的战略性武器，具有扭转战局的能力，近年来军用车辆时常遭遇简易爆炸装置(IED)的威胁，如何保证军用车辆及乘员在爆炸环境的生存能力是一个急需解决的问题。当特种车辆面对地雷、简易爆炸装置等威胁时，车辆底部防护性能的优劣将直接影响车内乘坐人员的安全性。“三明治”防雷组件是一种有效的抗爆炸冲击结构，其由两块平板及中间的夹芯层组成。前面板能够将爆炸冲击载荷分配在可压溃的芯层上，吸收大量的能量减缓冲击波。夹芯层作为三明治防雷组件的重要部件，是吸收爆炸冲击能量的主要部分。
目前在车辆底部防护的防雷组件中，大多数的吸能组件材料为正六边形蜂窝铝、泡沫铝、纳米吸能材料等。例如，专利CN 110823002 A中，吸能填充层为气凝胶、泡沫铝、蜂窝铝等缓冲吸能材料；专利CN206633955U中的防护组件填充材料为纳米吸能材料。然而，上述材料在吸收能量的过程中，材料在垂直于外力方向会产生膨胀现象，在发生大当量爆炸时，吸能材料在垂直外力方向膨胀势必会对防护组件或车身结构产生不利影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构，包括：基础防护组件和防护组件夹芯层；
所述基础防护组件包括上板、底板和用于固定防护组件夹芯层的固定结构；
所述防护组件夹芯层：包括负泊松比蜂窝材料、设置在负泊松比蜂窝材料上的上面板和设置在负泊松比蜂窝材料下的下面板；
所述防护组件夹芯层通过上面板和下面板通过用于固定防护组件夹芯层的固定结构实现固定。
进一步的，所述底板主体为横截面呈梯形的板，上板为平板，上板和底板的两端固定连接，在上板和底板之间形成防护组件夹芯层的填充区域。
进一步的，所述上板和底板的材质为高强钢，底板的厚度比上板的厚度厚1-3mm，上板的厚度为6-10mm，所述底板的折弯处用圆角进行过渡。
进一步的，用于固定防护组件夹芯层的固定结构包括设置在底板上部两端的右槽钢、左槽钢和工字梁，所述工字梁设置在底板上部且位于右槽钢、左槽钢的中间；
所述右槽钢和左槽钢相对侧开槽，所述防护组件夹芯层包括两部分，每一部分均包括负泊松比蜂窝材料、上面板和下面板，所述防护组件夹芯层的上面板和下面板卡设在槽钢和工字梁的开槽内，所述防护组件夹芯层的高度等于右槽钢、左槽钢和工字梁开槽的内径。
进一步的，所述负泊松比蜂窝材料由多个内凹形六边形胞元规则排列而成，所述上面板和下面板的材质为铝合金，上面板和下面板的厚度为1.0-1.5mm。
进一步的，所述右槽钢、左槽钢和工字梁的下端通过螺栓与底板连接，所述右槽钢、左槽钢和工字梁的上端与上板接触，所述下面板上螺栓通过的区域设有开槽。
进一步的，所述负泊松比蜂窝材料与上面板和下面板胶接。
进一步的，所述右槽钢、左槽钢和工字梁的竖壁上均匀设有减重孔；所述底板的两侧设有用于连接的平板，平板上均匀设有减重孔。
进一步的，所述上板和底板形成的填充区域的高度为90-110mm。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本实用新型的含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构，将底板设计为梯形结构，在上板与底板之间安装负泊松比蜂窝材料作为主要吸能结构，能够有效地吸收爆炸所产生的冲击能量；将负泊松比蜂窝材料与“三明治”防雷组件相互结合起来设计，大大提高了防雷组件的吸能效果，更好保证了乘员的安全；本实用新型的内凹六边形负泊松比蜂窝芯层相比于传统的正六边形蜂窝芯层，在同样工况同等质量情况下，其上板的最大挠度及最大动能明显降低，拥有更加优异的防护能力。
(2)本实用新型可以在不改变原防雷组件的前提下，基于原有整体结构，在防雷组件的背板与面板之间添加负泊松比蜂窝夹芯材料，并在两侧增加夹芯固定件，达到提高防雷组件防护能力的目的。
(3)本实用新型的含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构，在上板与底板之间添加工字梁结构，工字梁结构通过螺栓与底板连接，此结构既能保证负泊松比蜂窝材料的固定安装，又能保证在大当量爆炸情况下，负泊松比蜂窝结构瞬间被压实后，整个防雷组件的支撑刚度。
附图说明
图1为本实用新型的底部防护结构三维示意图。
图2为本实用新型的底板示意图。
图3为本实用新型负泊松比蜂窝材料结构示意图。
图4为本实用新型负泊松比胞元结构示意图。
图5为本实用新型负泊松比蜂窝材料结构固定件示意图。
附图标记说明：
1-上板，2-底板，3-右槽钢，4-夹层上面板，5-夹层下面板，6-负泊松比蜂窝材料，7-工字梁，8-左槽钢。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
如图1-5所示，一种包含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构，包括底板2，所述底板2作为整套防雷组件的基础，组件各部件都是基于底板2进行组装的；工字梁7安装于底板2中间位置，所述工字梁7下端与底板2上端相对应位置开有20个圆孔，使用螺栓连接将工字梁7与底板2连接；左槽钢8与右槽钢3，安装于底板2左右位置，所述左槽钢8与右槽钢3下端与底板2上端相对应位置各开有10个圆孔，使用螺栓连接将左槽钢8与右槽钢3与底板2连接；夹层上面板4，夹层下面板5，通过胶粘与负泊松比蜂窝材料结构6连接，并与左槽钢8、右槽钢3和工字梁7紧密接触，将负泊松比蜂窝材料结构6固定在其中；上板1，上板1作为整个防护组件的最上端，通过焊接与底板2相连接；负泊松比蜂窝材料结构6，由内凹形六边形胞元排列组成，由于负泊松比效应，在爆炸冲击载荷下，负泊松比蜂窝材料结构通过自身的压溃变形吸收爆炸能量进而缓冲爆炸冲击作用，减小车体的变形量和乘员的损伤。
该防护组件安装在车辆底甲板下方后，当埋在土壤中的地雷爆炸时，防雷组件开始产生变形。爆炸发生后，冲击波首先作用于底板2上，作用力传递至工字梁7、左槽钢8和右槽钢3上，由于夹层下面板5与工字梁7、左槽钢8和右槽钢3紧密接触，且工字梁7、左槽钢8和右槽钢3的刚度较大，在受冲击过程中变形较小，故爆炸产生的大部分作用力将作用于夹层下面板5上；当冲击作用力达到某一极限值时，夹层下面板5将发生变形，并且带动负泊松比蜂窝材料结构6发生变形，蜂窝芯层中心被压缩，由于蜂窝材料的负泊松比效应，中心断开处出现向内收缩的趋势；随着爆炸冲击波继续扩散，夹层下面板部分区域出现回弹，远离爆炸中心的蜂窝芯层边缘处也开始被压缩，两侧的蜂窝结构开始向内收缩，负泊松比蜂窝致密到中心加载区域；随后，芯层边缘处的材料快速向内收缩，而蜂窝在载荷冲击方向被压缩量已达到峰值且基本维持不变；直到最后，蜂窝芯层在载荷冲击方向与垂直载荷方向两个方向的压缩量基本维持不变，至此蜂窝芯层完全被压实，在横向和纵向上皆无可变形空间，负泊松比蜂窝材料6完成了爆炸冲击下的能量吸收过程。爆炸冲击波经过负泊松比蜂窝材料6的能量吸收，传递至上板的作用力大大地减小，此时防雷组件在爆炸冲击方向局部上移，当上板与车辆底甲板接触时，上板将冲击作用力传递给车辆底甲板，车辆底甲板开始发生变形。
Claims (9)
1.一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构，其特征在于，包括：基础防护组件和防护组件夹芯层；
所述基础防护组件包括上板(1)、底板(2)和用于固定防护组件夹芯层的固定结构；
所述防护组件夹芯层：包括负泊松比蜂窝材料(6)、设置在负泊松比蜂窝材料(6)上的上面板(4)和设置在负泊松比蜂窝材料(6)下的下面板(5)；
所述防护组件夹芯层通过上面板(4)和下面板(5)通过用于固定防护组件夹芯层的固定结构实现固定。
2.根据权利要求1所述的防护结构，其特征在于，所述底板(2)主体为横截面呈梯形的板，上板(1)为平板，上板(1)和底板(2)的两端固定连接，在上板(1)和底板(2)之间形成防护组件夹芯层的填充区域。
3.根据权利要求2所述的防护结构，其特征在于，所述上板(1)和底板(2)的材质为高强钢，底板(2)的厚度比上板(1)的厚度厚1-3mm，上板(1)的厚度为6-10mm，所述底板(2)的折弯处用圆角进行过渡。
4.根据权利要求3所述的防护结构，其特征在于，用于固定防护组件夹芯层的固定结构包括设置在底板(2)上部两端的右槽钢(3)、左槽钢(8)和工字梁(7)，所述工字梁(7)设置在底板(2)上部且位于右槽钢(3)、左槽钢(8)的中间；
所述右槽钢(3)和左槽钢(8)相对侧开槽，所述防护组件夹芯层包括两部分，每一部分均包括负泊松比蜂窝材料(6)、上面板(4)和下面板(5)，所述防护组件夹芯层的上面板(4)和下面板(5)卡设在槽钢和工字梁的开槽内，所述防护组件夹芯层的高度等于右槽钢(3)、左槽钢(8)和工字梁(7)开槽的内径。
5.根据权利要求4所述的防护结构，其特征在于，所述负泊松比蜂窝材料(6)由多个内凹形六边形胞元规则排列而成，所述上面板(4)和下面板(5)的材质为铝合金，上面板(4)和下面板(5)的厚度为1.0-1.5mm。
6.根据权利要求5所述的防护结构，其特征在于，所述右槽钢(3)、左槽钢(8)和工字梁(7)的下端通过螺栓与底板(2)连接，所述右槽钢(3)、左槽钢(8)和工字梁(7)的上端与上板(1)接触，所述下面板(5)上螺栓通过的区域设有开槽。
7.根据权利要求6所述的防护结构，其特征在于，所述负泊松比蜂窝材料(6)与上面板(4)和下面板(5)胶接。
8.根据权利要求7所述的防护结构，其特征在于，所述右槽钢(3)、左槽钢(8)和工字梁(7)的竖壁上均匀设有减重孔；所述底板(2)的两侧设有用于连接的平板，平板上均匀设有减重孔。
9.根据权利要求8所述的防护结构，其特征在于，所述上板(1)和底板(2)形成的填充区域的高度为90-110mm。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202022092288.3U CN213618773U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构 |
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| CN202022092288.3U CN213618773U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构 |
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| CN202022092288.3U Active CN213618773U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构 |
Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112109398A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-22 | 南京理工大学 | 一种含负泊松比蜂窝材料的底部防护结构 |
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2020
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