[发明专利]一种三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝

说明书

本发明公开一种三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝，属于安全防护技术领域。所述手性蜂窝由直壁蜂窝骨架和曲面构成，所述直壁蜂窝骨架由蜂窝胞元构成，所述曲面与其相邻的曲面受冲击时相互抵触；所述曲面拼接于所述蜂窝胞元上形成三维曲壁混合相手性蜂窝。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的三维曲壁混合相手性蜂窝通过相邻的曲面相互抵触耗散能量，形成新型吸能机理，保持了传统直壁蜂窝结构力‑位移曲线平稳的优势，在不浪费额外空间的前提下极大地提高了吸能总量和比吸能。同时，上宽下窄的曲面的轴向刚度也得到了较大的提高，能够将力‑位移曲线的平均值提高较多。

技术领域

本发明涉及安全防护技术领域，更具体地，涉及一种三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝。所述三维曲壁混合相手性蜂窝作为一种吸能防护装置用于安全防护技术领域。

背景技术

近年来，随着科技水平的提高和工具设备的发展，碰撞、爆炸等紧急冲击事故的突发频率和破坏能力在不断提高，对人员及财产安全造成了严重的伤害。因此，设计一款吸能性能高效、变形模式稳定的冲击防护装置，对安全防护工程领域中具有重要意义。

首先，常规吸能结构依靠单元的变形而耗散能量，但依靠这种传统吸能机理耗散的能量是有限的，如果能在发挥单元潜能的同时使单元之间相互抵触，就可以形成新的吸能机理，并提高材料和空间利用率。其次，新型吸能防护装置需要具备力-位移曲线平稳、吸能能力强和吸能效率高的功能。为了保证人员及设备的安全，吸能防护装置不但应该高效快速地耗散掉冲击能量，还应该将最大冲击力控制在一定范围内，这就要求力-位移曲线兼具较高的平均值和稳定度。最后，新型吸能防护装置需要具备稳定的变形吸能模式。一些吸能结构在轴向承载时展现出较强的吸能能力，但变形模式并不稳定，极易出现随机屈曲、翻转等不可控现象，如果能通过构型设计来引导变形过程，就可以产生更加稳定可靠的变形吸能模式。

因此，设计出一种吸能能力优异、变形模式稳定的冲击防护装置，是一件富有意义的工作。对于提高材料与空间利用率，快速高效应对突发事故和降低生命及财产损失有着重要的价值。

发明内容

为解决背景技术中现有吸能防护装置吸能效果差、变形模式稳定性低以及使用过程中的安全性低的问题，本发明提供一种三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝。所述三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝通过设置上宽下窄的结构，使曲面的轴向刚度也得到了较大的提高，能够将力-位移曲线的平均值提高较多。且相比与直壁结构的蜂窝消能装置，其具有更稳定可控的变形吸能模式。另外，在使用过程中，三维曲壁混合相手性蜂窝通过相邻曲面相互抵触耗散能量，形成新型吸能机理，保持了传统直壁蜂窝结构力-位移曲线平稳的优势，在不浪费额外空间的前提下极大地提高了吸能总量和比吸能。

为实现上述目的，本发明的三维曲壁混合相手性蜂窝的技术方案如下：

一种三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝，所述手性蜂窝由直壁蜂窝骨架和曲面构成，所述直壁蜂窝骨架由蜂窝胞元构成，所述曲面与其相邻的曲面受冲击时相互抵触；所述曲面拼接于所述蜂窝胞元上形成三维曲壁混合相手性蜂窝。在使用过程中，三维曲壁混合相正四边形手性蜂窝通过相邻曲面相互抵触耗散能量，形成新型吸能机理，保持了传统直壁蜂窝结构力-位移曲线平稳的优势，在不浪费额外空间的前提下极大地提高了吸能总量和比吸能。另外，各个曲面通过直壁蜂窝骨架的稳定结构的形式相互连接，构成的手性蜂窝具有整体稳定性，因而保持了力-位移曲线平缓的特点。

作为一种优选实施方式，所述蜂窝胞元的截面形状呈正四边形。

作为一种优选实施方式，所述曲面在其所处的蜂窝胞元的正方向上的相邻曲面具有相反的初始相位，相邻的曲面相交于蜂窝胞元的顶点处。相邻曲面在变形过程中会明显地相互抵触。

作为一种优选实施方式，不相邻的曲面在其所处的蜂窝胞元的正方向上的初始相位相同或相反。

作为一种可选实施方式，所述曲面在任意水平高度z的截面形状相同，尺寸相等。