[发明专利]基于STF的冲击防护结构及其应用

说明书

基于STF的智能冲击防护结构及其应用，具体涉及抗冲击耗能防护技术领域。所述结构包括封装层、安装板、紧固螺钉、导轨、长转轴、多连杆机构、STF、端板和密封圈，所述封装层为内部空腔薄壁金属构件，所述安装板包括导轨和封盖，导轨设于安装板正面，所述导轨内部设有4个T形滑块，所述多连杆机构通过长转轴设于T形滑块上；所述STF填充于封装层内部，所述STF由二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇200组成，其中二氧化硅纳米颗粒的体积分数为28%。本发明通过将STF和多连杆机构相结合，不仅利用了STF本身具有的良好耗能特性，而且利用多连杆机构的运动特性，具有缓冲保护性能优越的特点，可广泛应用于车辆的碰撞防护领域，降低人员伤亡率和财产损失。

技术领域

本发明涉及抗冲击耗能防护技术领域，具体涉及一种基于STF的冲击防护结构及其应用。

背景技术

道路交通工具的功率、速度和密度的不断增加，交通事故每时每刻都在发生，而事故中的碰撞已成为生命和财产损失的主要因素。为降低冲击碰撞所造成的损害，被动防护技术因其简单有效而应用广泛。为满足日益苛刻的碰撞防护需求，新型碰撞防护材料与结构的研发一直是工程领域的研究热点之一。

STF是一种新型智能材料，这一材料为纳米颗粒悬浮液体，它在低剪切速率下非常容易变形，可像液体一样缓慢流动；在受到冲击载荷时其表观粘度发生大幅度增大而变粘稠，甚至由液态转化为类固态；在冲击撤销后又能迅速恢复液态，具有响应速度快，可逆性好，吸能效率高等优点。然而在碰撞发生时，碰撞防护材料往往承受局部冲击，如何在局部冲击下使尽可能多的剪切增稠液体处于工作状态是现阶段需要解决的关键问题。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种基于STF的冲击防护结构及其应用，能够对外界冲击碰撞自动做出反应，具有结构简单、重量轻、维护简单，缓冲效率高等特点。并且可以根据需求方便的调节缓冲性能。

技术方案：基于STF的冲击防护结构，所述冲击防护结构包括封装层、安装板、紧固螺钉、导轨、长转轴、多连杆机构、STF、端板和密封圈，所述封装层为一端密闭、另一端开口的内部空腔薄壁金属构件，安装板和端板通过紧固螺钉与封装层连接，所述安装板底面与封装层密闭端内表面相接，所述端板设于封装层开口端内端面，所述端板两端外侧沿水平方向分别设有凹槽，所述凹槽与封装层之间设有密封圈；所述安装板包括导轨和封盖，所述封盖设于安装板沿水平方向两端外侧，导轨设于安装板正面，所述导轨内部设有4个T形滑块，所述多连杆机构通过长转轴设于T形滑块上，所述多连杆机构包括一组相互平行的顺向杆、一组相互平行的逆向杆、短转轴，顺向杆和逆向杆相交，短转轴设于相交处；

所述STF填充于封装层内部，所述STF由二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇200组成，其中二氧化硅纳米颗粒的体积分数为28％。

作为优选，所述多连杆机构的顺向杆和逆向杆端点相铰接处的任一侧通过长转轴与T形滑块相接。

作为优选，所述多连杆机构压缩到最大位移时与封装层的封闭端和端板均不触碰。

作为优选，所述导轨为T形。

作为优选，所述二氧化硅纳米颗粒的微孔直径在180-220nm。

作为优选，所述STF制备过程如下：取分散介质放入行星球磨机的球磨罐中，将分散相颗粒分批添加到行星式球磨机中研磨，直至达到所需的体积分数含量，充分研磨，分散介质为PEG200，分散相为二氧化硅纳米颗粒；研磨结束后，将混合样品进行抽真空处理，得到样品。

所述冲击防护结构在车辆碰撞防护领域中的应用。

有益效果：本发明提供了一种基于STF的冲击防护结构，具有缓冲保护性能优越的特点，可广泛应用于车辆的碰撞防护领域，降低人员伤亡率和财产损失。

STF在抗冲击和耗能方面与其他同等质量材料相比，抗冲击能力更强，消耗的能量更多；