一种轻量化防护记忆合金桁架总成的制作方法

本发明专利属于军用车辆防护装甲结构设计领域，针对防护装甲的抗冲击性能设计了一种记忆合金桁架式轻量化防护总成，采用空间桁架式结构设计技术及轻质材料混合应用技术，结合niti形状记忆合金板在载荷卸载后的回复特性，来实现压力载荷作用后防护装备的自动修复，在保持与常规金属防护装备性能一致的情况下，实现了大幅降重，提升装甲的使用寿命和续航能力。

背景技术：

军用车辆的防护装甲通常由强度极高的金属板材构成，重量过大且在抵御冲击后无法自动修复，为了保证其耐冲击性和可靠性，通常存在料厚冗余，存在着较大的降重空间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种轻量化防护记忆合金桁架总成，本发明能够在军用车辆抵御冲击载荷过程中有效地吸收冲击能量，降低与其连接的其它部件及车内人员所受到的冲击，由于采用轻质材料及桁架式设计，与传统工艺的保险杠总成结构相比，降重效果明显；且桁架式支撑结构采用niti形状记忆合金，能够实现压力载荷卸载后支撑结构的自动回弹，提升装甲的使用寿命和续航能力。

本发明针对军用车辆的防护装甲的功能要求，以耐冲击性为导向，以提升材料的利用率为目标，采用空间桁架式结构设计技术及轻质材料混合应用技术，结合niti形状记忆合金板在载荷卸载后的回复特性，来实现压力载荷作用后防护装甲的自动回弹修复，设计了由碳纤维板覆盖层、niti形状记忆合金支撑体经螺栓连接而成的桁架式防护装甲。其中，碳纤维板作为装甲的覆盖表面，起到包络和固定内部桁架的作用，且碳纤维刚度大，有利于整体稳定性，轻量化效果佳；niti形状记忆合金经切割、热处理、形状训练、焊接制成空间桁架支撑体；碳纤维层和niti合金层由螺栓连接。在保持耐冲击性能的基础上，niti合金层能够自动回弹至初始形状，并可降重40％以上。类似的记忆合金桁架式轻量化防护总成未出现在军用车辆防护装甲结构设计领域。

本发明包括有碳纤维覆盖层和桁架式niti形状记忆合金支撑架，桁架式niti形状记忆合金支撑架的上下表面覆设碳纤维覆盖层，碳纤维覆盖层通过螺栓和螺母连接固定在一起；所述的桁架式niti形状记忆合金支撑架是由m字形niti合金支架和井字形niti合金薄板构成，m字形niti合金支架焊接在井字形niti合金薄板上，形成单层支架结构，单层支架结构逐层焊接形成成桁架式niti形状记忆合金支撑架。

碳纤维覆盖层作为防护装甲的上、下表面覆盖件；

桁架式niti形状记忆合金支撑架是经线切割、热处理、形状训练制造的m字形niti合金支架和经线切割工艺制造的井字形niti合金薄板构成。

本发明可直接作为军用车辆的外覆盖件，或通过螺接或粘接安装于需要抗冲击的局部位置。

碳纤维覆盖层可根据刚度及强度要求，采用不同性能等级、不同纤维排列方向、不同厚度的碳纤维板。

经线切割、热处理、形状训练制造的m字形niti合金支架，其起到支撑、吸能、及自动回复形状的功能，利用线切割工艺制造的井字形niti合金薄板，其起到连接各层合金支架的作用，m字形niti合金支架与井字形niti合金薄板焊接形成单层支架结构，将单层支架结构逐层焊接成桁架式niti形状记忆合金支撑架。

本发明的有益效果：

能够替代传统厚壁金属结构形式的防护总成结构，在具备同等耐冲击防护性能的前提下，实现了轻量化，并利用niti形状记忆合金在压力载荷卸载后自动回复初始形状，提升装甲的使用寿命。利用碳纤维覆盖层保持承载过程中装甲整体的稳定性；利用桁架式niti形状记忆合金支撑架提升缓冲吸能水平，并降低向其他部件及车内人员传递的冲击载荷；且niti形状记忆合金能够在卸载后自动回复至初始训练的形状，进而支撑受压变形部位回复至初始状态。另外，轻质材料的应用和空间桁架式设计也显著地降低了整体重量，有利于车体结构的轻量化设计。碳纤维覆盖层的材料类型及强度级别，以及桁架式niti形状记忆合金支撑架中m字形niti合金支架顶部夹角，支架的布置密度均可以根据不同承载功能进行全新优化设计，可用于设计多种耐冲击级别的防护装甲，具有极好的扩展性和应用前景。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明单层的m字形niti合金支架立体示意图。

图4是本发明单层的井字形niti合金薄板示意图。

图5是本发明的桁架式niti形状记忆合金支撑架立体示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明包括有碳纤维覆盖层1和桁架式niti形状记忆合金支撑架2，桁架式niti形状记忆合金支撑架2的上下表面覆设碳纤维覆盖层1，碳纤维覆盖层1通过螺栓和螺母连接固定在一起；所述的桁架式niti形状记忆合金支撑架2是由m字形niti合金支架4和井字形niti合金薄板3构成，m字形niti合金支架4焊接在井字形niti合金薄板3上，形成单层支架结构，单层支架结构逐层焊接形成成桁架式niti形状记忆合金支撑架2。

碳纤维覆盖层1作为防护装甲的上、下表面覆盖件；

桁架式niti形状记忆合金支撑架2是经线切割、热处理、形状训练制造的m字形niti合金支架4和经线切割工艺制造的井字形niti合金薄板3构成。

本发明可直接作为军用车辆的外覆盖件，或通过螺接或粘接安装于需要抗冲击的局部位置。

碳纤维覆盖层1可根据刚度及强度要求，采用不同性能等级、不同纤维排列方向、不同厚度的碳纤维板。

经线切割、热处理、形状训练制造的m字形niti合金支架4，其起到支撑、吸能、及自动回复形状的功能，利用线切割工艺制造的井字形niti合金薄板3，其起到连接各层合金支架的作用，m字形niti合金支架4与井字形niti合金薄板3焊接形成单层支架结构，将单层支架结构逐层焊接成桁架式niti形状记忆合金支撑架2。

技术特征：

技术总结
一种轻量化防护记忆合金桁架总成，属于军用车辆防护装甲的设计领域，可直接作为车辆的覆盖件。包括有碳纤维覆盖层和桁架式NiTi形状记忆合金支撑架，桁架式NiTi形状记忆合金支撑架的上下表面覆设碳纤维覆盖层，碳纤维覆盖层通过螺栓和螺母连接固定在一起；桁架式NiTi形状记忆合金支撑架是由M字形NiTi合金支架和井字形NiTi合金薄板构成，M字形NiTi合金支架焊接在井字形NiTi合金薄板上，形成单层支架结构，单层支架结构逐层焊接形成成桁架式NiTi形状记忆合金支撑架。本发明在提升耐冲击性能的同时，最大化材料的利用率，实现了大幅降重，并利用NiTi形状记忆合金的可回复特性实现在动态载荷卸载后的自动复原，提升了防护装甲的使用寿命和续航能力。

技术研发人员：于征磊;张晓龙;张志辉;郭雪;董新桔;任露泉;李秀娟;梁云虹
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2018.11.23
技术公布日：2019.01.29