[发明专利]一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门及优化方法

说明书

本发明公开了一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门及优化方法，防爆车门包括外板、内板和吸能内芯；吸能内芯由基于功能梯度的负泊松比结构材料制成，用于车辆在遭受爆炸威胁时进行爆炸能量的吸收以及缓冲爆炸冲击波；防爆车门的外板和内板相互配合组成一个中间带有空隙的壳体，并将吸能内芯安装于此带有空隙的壳体之中；本发明还公开了一种该防爆车门的优化方法，利用自适应混合多目标粒子群算法，在充分考虑防爆车门质量、冲击加速度、内芯吸能量、内板侵入量等性能要求的前提下，对防爆车门的外板的厚度、内板厚度、负泊松比结构的厚度梯度进行优化设计，使防爆车门的各项性能得到了有效提升，进一步增强了乘员的安全性能。

技术领域

本发明涉及军用车辆爆炸防护领域，具体涉及一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门及优化方法。

背景技术

军用车辆在执行任务时，经常要面对地雷、简易爆炸装置等的威胁，车身的防护性能直接关乎乘员的生命安全。普通的车门主要由车门外板、内板以及车窗组成，其在侧面爆炸冲击过程中往往存在变形不稳定和吸能效果较差的问题，导致车门内板往驾驶室的侵入量过大，从而对乘员造成严重伤害。针对这存在问题，目前常见的解决方法是对车门的结构进行优化设计或者在车门的内外板之间填充一些吸能材料，比如泡沫铝、蜂窝铝等材料，虽然通过这些方式可以使车门在相同条件下的能量吸收性得到改善，但是为了进一步提高车门的防爆性能以及在车辆受到侧面爆炸冲击载荷作用时对乘员的保护，运用这些传统的方式很难再对车门的吸能效果作出较大的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门及优化方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门，包括车门外板、车门内板、和吸能内芯；

所述防爆车门的外板和内板相互配合形成将所述吸能内芯包含在内的壳体；

所述吸能内芯包含第一至第三负泊松比结构材料，用于车辆在遭受爆炸威胁时对爆炸能量进行吸收以缓冲爆炸冲击波；

所述第一至第三负泊松比结构均由车门外板至车门内板方向依次排列，均由负泊松比单胞阵列而成；

所述负泊松比单胞呈内凹六边形结构，包含两条平行的底边和四条内凹的斜边；

第一、第二、第三负泊松比结构的负泊松比单胞的壁厚依次增大。

作为本发明一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门进一步的优化方案，所述车门外板朝远离车门内板的方向凸起，以对爆炸能量进行置偏。

作为本发明一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门进一步的优化方案，所述负泊松比单胞底边的长度a＝16mm、两底边的垂直距离h＝13mm、底边与相邻斜边的夹角d＝65°、四条斜边的长度均为c＝7.172mm、四条斜边和两条底边的宽度均为b＝3mm。

作为本发明一种基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门进一步的优化方案，所述车门外板的厚度t＝2mm，第一层负泊松比结构的壁厚t₁＝1.2mm，第二层负泊松比结构的壁厚t₂＝1mm，第三层负泊松比结构的壁厚t₃＝0.8mm，车门内板的厚度t₄＝2mm。

本发明还公开了一种该基于功能梯度的负泊松比结构防爆车门的优化方法，包括以下步骤：

步骤1)，在优化软件ISIGHT中，采用最优拉丁超立方试验设计方法，对每个预设的设计变量、在其预设的阈值范围内均匀选取N组设计样本点，N为大于0的自然数；