夹芯吸能装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种夹芯吸能装置，包括上面板、下面板、侧板以及芯板层，所述芯板层填充在所述上面板、下面板、侧板围设形成的密闭空间内，所述芯板层包括芯材和填充在所述芯材之间和/或填充在所述芯材与所述密闭空间之间的剪切增稠流体材料。当吸能装置受到外来冲击物作用时，上、下面板、侧板以及芯材结构会发生快速变形，从而对芯板中填充的剪切增稠流体材料施加快速剪切作用，剪切增稠流体材料在较高剪切应变率下粘度快速升高，从而快速耗散冲击能，从而具有较高的比强度、比刚度、防振及吸能能力。
【专利说明】夹芯吸能装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及吸能技术，特别是一种夹芯吸能装置。
【背景技术】
[0002]空间点阵夹芯吸能结构是一种通过塑性大变形来耗散冲击载荷能量的有效吸能结构。夹芯结构一般为多孔金属结构。与传统单层板相比，面板夹芯结构具有较高比强度、比刚度，同时具有减震、隔温、吸声等功能。在满足力学性能要求的情况下减轻了结构重量，降低了成本。面板夹芯结构通常用于轻质化结构的优化设计，在工程中有着大量应用。
[0003]传统的点阵夹芯板一般通过结构件的塑性大变形吸能。目前比较普遍的夹芯结构有:蜂窝型、波浪型、金字塔型等。优化点阵夹芯板的方法一般分为两类:一类是通过改变夹芯空间结构达到优化目的；另一类是通过改变芯材的材质来优化吸能效果，比如芯材为泡沫、实心陶瓷等材料来提高吸能性能，可提高原有结构的吸能效果。
[0004]传统点阵夹芯板以及泡沫夹芯板主要通过面板与夹芯材料塑性变形的方式吸收能量，夹芯板具有一定的强度和刚度，但是整体吸能效果不理想。而夹芯材料为实心时，吸能效果明显提高，但是结构的抗振性能较差。因此，现有的夹芯板结构不能同时满足结构的强度、刚度、抗振、抗冲击吸能性能。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种夹芯吸能装置，用于克服现有技术中的缺陷，在保持传统点阵夹芯板原有的优良性能基础之上，提高夹芯吸能装置的抗振和抗冲击能力。
[0006]本发明提供一种夹芯吸能装置，包括上面板、下面板、侧板以及芯板层，所述芯板层填充在所述上面板、下面板、侧板围设形成的密闭空间内，所述芯板层包括芯材和填充在所述芯材之间和/或填充在所述芯材与所述密闭空间之间的剪切增稠流体材料。
[0007]作为上述方案的实施例一:
[0008]所述芯材呈空间点阵状布置。
[0009]作为实施例一的一种优选方案:
[0010]所述芯材由多个第一节点单元彼此连接呈网状；每个所述第一节点单元包括三根以上呈空间形状布置的芯材棒，所述芯材棒的一端均连接在同一个节点上，所述芯材棒的另一端分别连接在与该节点相邻且方向相对的不同节点上；位于上方的所述节点与所述上面板连接，位于下方的所述节点与所述下面板连接。
[0011]作为实施例一的另一种优选方案:
[0012]所述芯材包括多个彼此分离的第二节点单元，所述第二节点单元包括三根以上呈空间形状布置的芯材棒，所述芯材棒彼此交叉于同一个节点，所述节点均位于所述芯材棒的中部，所述芯材棒的一端均与所述上面板连接，所述芯材棒的另一端均与所述下面板连接。
[0013]作为上述方案的实施例二:
[0014]所述芯材呈开孔泡沫状或蜂窝状。
[0015]在上述所有方案的基础上:
[0016]所述剪切增稠流体材料为STF。
[0017]在上述所有方案的基础上:
[0018]所述上面板、下面板的材质为金属、陶瓷或塑料，所述侧板的材质为金属。
[0019]本发明提供的夹芯吸能装置，芯材与上面板、下面板、侧板围设形成的密闭空间之间具有填充空间，剪切增稠液体材料就填充在芯材与密闭空间之间的填充空间内，这样芯板就由芯材和剪切增稠流体材料共同构成，当吸能装置受到外来冲击物作用时，上面板、下面板、侧板以及芯材结构会发生快速变形，从而对芯板中填充的剪切增稠流体材料施加快速剪切作用，剪切增稠流体材料在较高剪切应变率下粘度快速升高，从而快速耗散冲击能，外来冲击能主要被两部分消耗，一部分是面板、侧板以及芯材结构的变形能，另一部分是由于剪切增稠流体材料在剪切作用下的高粘性耗散能；从而具有较高的比强度、比刚度、防振及吸能能力；初步实验结果表明，相比于没有填充剪切增稠流体材料的吸能装置其吸能能力提高了 45%，且防振能力提升了 50%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例一提供的夹芯吸能装置的截面图；
[0021]图2为本发明实施例二提供的夹芯吸能装置的立体结构示意图；
[0022]图3为本发明实施例三提供的夹芯吸能装置的立体结构示意图；
[0023]图4为本发明实施例四提供的夹芯吸能装置的立体结构示意图；
[0024]图5为本发明实施例五提供的夹芯吸能装置的立体结构示意图；
[0025]图6为本发明实施例五提供的夹芯吸能装置的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]实施例一
[0027]如图1所示，本发明实施例提供一种夹芯吸能装置，该装置包括封装面板I以及封存在封装面板I内部密闭空间内的芯板层2，芯板层2由芯材21和填充于芯材21内部和/或填充在芯材21与封装面板I内部的密闭空间之间的剪切增稠流体材料22形成；其中封装面板I包括上面板11、下面板12、侧板13，芯板层2填充在上面板11、下面板12、侧板13围设形成的密闭空间内，芯板层2包括芯材21和填充在芯材21之间和/或填充在芯材21与所述密闭空间之间的剪切增稠流体材料22。
[0028]本实发明中的芯材21主要为芯板层2形成一个支撑骨架，芯材21可以是一个整体的框架式结构、参见图1-3 ;芯材21也可以是由多个彼此独立、分散的结构单元排列形成，参见图4 ;芯材21还可以是具有多个开孔的泡沫状，参见图5 ;芯材21还可以是蜂窝状，参见图6。图1中的芯材21为金字塔形的超轻多孔金属芯层，芯材21与密闭空间的缝隙间填充剪切增稠流体材料22，上面板11及下面板12均为金属板，四周的侧板13采用金属薄板进行密封。
[0029]本发明提供的夹芯吸能装置，芯材21与上面板11、下面板12、侧板13围设形成的密闭空间之间具有填充空间，或芯材21内部具有开孔，剪切增稠液体材料22就填充在芯材与密闭空间之间的填充空间内或填充在芯材21内部的开孔内，这样芯板层2就由芯材21和剪切增稠流体材料22共同构成，当吸能装置受到外来冲击物作用时，上面板11、下面板12、侧板13以及芯材21自身结构会发生快速变形，从而对芯板中填充的剪切增稠流体材料21施加快速剪切作用，剪切增稠流体材料在较高剪切应变率下粘度快速升高，从而快速耗散冲击能，外来冲击能主要被两部分消耗，一部分是面板、侧板以及芯材结构的变形能，另一部分是由于剪切增稠流体材料在剪切作用下的高粘性耗散能；从而具有较高的比强度、比刚度、防振及吸能能力；初步实验结果表明，相比于没有填充剪切增稠流体材料的吸能装置其吸能能力提高了 45%，且防振能力提升了 50%以上。
[0030]作为优选方案:
[0031]参见图2-4，芯材21呈空间点阵状布置。
[0032]实施例二
[0033]参见图2，芯材21由多个第一节点单元210彼此连接呈网状；每个第一节点单元210包括三根以上(本实施例中为三根，参见图2)呈空间形状布置的芯材棒21a，芯材棒21a的一端均连接在同一个节点(第一节点A)上，芯材棒的另一端分别连接在与该节点(第一节点A)相邻且方向相对的不同节点(第二节点B)上；位于上方的节点(参见图2中的第一节点A)与上面板11连接，位于下方的节点(参见图2中的第二节点B)与下面板12连接。
[0034]实施例三
[0035]参见图3，本实施例与实施例二的区别仅在于每个第一节点单元210包括四根呈空间形状布置的芯材棒21a。
[0036]实施例四
[0037]参见图4，芯材21包括多个彼此分离的第二节点单元220，第二节点单元220包括三根以上(图4中为三根)呈空间形状布置的芯材棒22a，芯材棒彼此交叉于同一个节点(参见图4中的第三节点C)，第三节点C均位于芯材棒22a的中部，芯材棒22a的一端均与上面板11连接，芯材棒22a的另一端均与下面板12连接。
[0038]实施例五
[0039]参见图5，芯材21呈开孔泡沫状，剪切增稠流体材料填充在芯材21内部的开孔21b 中。
[0040]实施例六
[0041]参见图6，芯材21呈蜂窝状，剪切增稠流体材料填充在芯材21内部的开孔21b中。
[0042]上述实施例中:
[0043]剪切增稠流体材料22为STF (shear thickening fluid的简称)。上面板11、下面板12的材质为金属、陶瓷或塑料，侧板13的材质为金属。根据冲击物体的质量和速度，选择合适的材料与尺寸。本发明提出夹芯板材料中填充剪切增稠流体的方式，使传统夹芯板在保持其原有的优良性能基础之上，提高夹芯板的抗振和抗冲击能力。
【权利要求】
1.一种夹芯吸能装置，包括上面板、下面板、侧板以及芯板层，所述芯板层填充在所述上面板、下面板、侧板围设形成的密闭空间内，其特征在于，所述芯板层包括芯材和填充在所述芯材之间和/或填充在所述芯材与所述密闭空间之间的剪切增稠流体材料。
2.根据权利要求1所述的空间点阵夹芯吸能装置，其特征在于，所述芯材呈空间点阵状布置。
3.根据权利2所述的夹芯吸能装置，其特征在于，所述芯材由多个第一节点单元彼此连接呈网状；每个所述第一节点单元包括三根以上呈空间形状布置的芯材棒，所述芯材棒的一端均连接在同一个节点上，所述芯材棒的另一端分别连接在与该节点相邻且方向相对的不同节点上；位于上方的所述节点与所述上面板连接，位于下方的所述节点与所述下面板连接。
4.根据权利要求2所述的夹芯吸能装置，其特征在于，所述芯材包括多个彼此分离的第二节点单元，所述第二节点单元包括三根以上呈空间形状布置的芯材棒，所述芯材棒彼此交叉于同一个节点，所述节点均位于所述芯材棒的中部，所述芯材棒的一端均与所述上面板连接，所述芯材棒的另一端均与所述下面板连接。
5.根据权利要求1所述的夹芯吸能装置，其特征在于，所述芯材呈开孔泡沫状或蜂窝状。
6.根据权利要求1-5任一所述的夹芯吸能装置，其特征在于，所述剪切增稠流体材料为 STF0
7.根据权利要求6所述的夹芯吸能装置，其特征在于，所述上面板、下面板的材质为金属、陶瓷或塑料，所述侧板的材质为金属。
【文档编号】B32B33/00GK104476828SQ201410707957
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】吴先前, 黄晨光 申请人:中国科学院力学研究所