[发明专利]一种抗冲击结构及抗冲击设备

说明书

本发明提供了一种抗冲击结构及抗冲击设备，所述抗冲击结构的孔隙率沿外表面向内逐渐增加；在沿所述外表面向内的方向上，所述抗冲击结构位于中间位置处的孔隙率‑位置分布函数的梯度大于起始和终段位置处的孔隙率‑位置分布函数的梯度。本申请所述的抗冲击结构，外层具有更低的孔隙率和更高的弹性模量，能承受更大的应力，内层具有较高的孔隙率，可有更大的变形空间，能承受更大的应变，有利于内层缓冲的作用，保证抗冲击防护装备的整体强度。

技术领域

本发明属于抗冲击结构领域，具体涉及用于安全头盔、防弹衣、运动鞋鞋底等缓冲结构设计领域的一种抗冲击结构及抗冲击设备。

背景技术

在日常生产生活和实际工程应用中，冲击损伤对人民生命财产安全造成了巨大的损失。在航空航天、铁路交通、体育运动等领域中，作用于机体的冲击载荷是人体受伤的重要因素。随着人们对日常生活需求及工程技术领域的发展，机体对承受高荷载能力的要求也越来越高，因此高强、抗冲击的人体装备的需求面临急速增长的趋势。

现有技术中的抗冲击结构，通常是利用装备构型本身吸收能量的特性实现缓冲效果。如中国专利文献CN107328302A公开了一种吸能缓冲防弹头盔内衬，其包括多层开孔陶瓷层，还包括泡沫金属层及弹性气凝胶层；通过将泡沫铝与多层结构的陶瓷相结合，将其应用于防弹头盔本体，在防弹头盔本体受到子弹冲击时实现对冲击力进行吸收。除此之外，中国专利文献CN110145967A公开了一种防弹头盔用镂空式内衬，其包括十字形骨架、刚性环和增强筋组成的三角形结构；这种三角增强筋的设计方式，与镂空结构的主体部件构成三角稳定结构，进一步强化了头盔的抗变形能力。

上述针对装备构型设计的抗冲击设备均起到了优化抗冲击性能的效果。但是现有的抗冲击结构，其往往存在着材料利用率不高、变形空间小的问题，这急需本领域技术人员予以解决。

发明内容

本申请解决的是现有技术中的抗冲击结构存在的材料利用率不高、变形空间小的问题，进而提供一种材料利用率高、能够提升变形空间、且整体提高防护装备承受压缩荷载的能力、提高外表面抗穿刺、耐磨等性能的抗冲击结构及抗冲击设备。

本申请解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种抗冲击结构，所述抗冲击结构的孔隙率沿外表面向内逐渐增加；在沿所述外表面向内的方向上，所述抗冲击结构位于中间位置处的孔隙率-位置分布函数的梯度大于起始和终段位置处的孔隙率-位置分布函数的梯度。

所述抗冲击结构的孔隙率范围为18-70％。

所述抗冲击结构包括沿所述外表面向内方向上依次排列的致密区和多孔区，其中所述致密区的孔隙率小于或者等于30％；所述多孔区的孔隙率大于30％；所述致密层的厚度与所述抗冲击结构的整体厚度之比为30-40％。

所述抗冲击结构的孔隙率Pw(Z)的位置分布函数为：

其中，Z为归一化的深度坐标，Z＝0表示位置处于所述抗冲击结构的外侧表面，Z＝1表示位置处于所述抗冲击结构的内侧表面。

所述抗冲击结构设置为单层或者多层。

所述抗冲击结构的弹性模量的位置分布函数为：

其中，Z为归一化的深度坐标，Z＝0表示位置处于所述抗冲击结构的外侧表面，Z＝1表示位置处于所述抗冲击结构的内侧表面。

所述抗冲击结构采用高性能纤维增强复合材料制制成。

设置有所述的抗冲击结构的抗冲击设备。

所述抗冲击设备为头盔、防弹衣、运动鞋鞋底中的任意一种。

本申请所述的抗冲击结构及抗冲击设备的优点在于：