冲击吸收结构

1.本发明涉及一种冲击吸收结构。


背景技术：

2.具有吸能性能的防冲击材料被广泛运用在爆破拆除现场、重要机构设施安保、高速公路护栏甚至是国防军事防护设施中，冲击所产生的情形是复杂多样的，特别是高压冲击波、高速破片、造成的伤害重、破坏广、影响大，这导致了现有的防冲击材料在应对各种冲击时，所面对的困难是复杂多变的；现有的防冲击材料存在着韧性低、冲击吸收能力弱、抗侵彻能力差的缺点，不能满足日益增长的高强度防护需求（例如爆破拆除现场、重要结构设施安保以及军事防护设施等）。


技术实现要素：

3.为解决上述现有技术中所存在的至少一个问题，根据本发明的一个方面，提供了一种冲击吸收结构，其包括：基体和收缩空隙单元；其中，收缩空隙单元包括多个空隙部，多个空隙部共同围绕第一虚拟中心轴线圆形阵列排布设置在基体内，多个空隙部均由第一虚拟中心轴线辐射发散，且多个空隙部的应力集中点均设置在靠近第一虚拟中心轴线的位置，以在冲击吸收结构受外力冲击，基体产生形变时，空隙部先在应力集中点朝第一虚拟中心轴线弯折靠拢，然后空隙部闭合收拢，使得基体的体积收缩。
4.这样，当外界冲击载荷施加到本冲击吸收结构上时，基体产生形变，由于应力集中点是空隙部中强度最弱的部位，那么基体产生形变时，空隙部首先在应力集中点朝第一虚拟中心轴线弯折靠拢，然后在基体进一步形变后，空隙部剩余的部位逐渐闭合收拢，由于多个空隙部都是围绕第一虚拟中心轴线圆形阵列排布设置在基体内的，在基体逐渐形变的过程中，多个空隙部都是不断地向第一虚拟中心轴线收缩闭合，产生形变耗能，以吸收部分冲击能量，同时也会使得基体的体积不断收缩，逐渐增大了本冲击吸收结构的整体密度，从而增大了本冲击吸收结构的韧性，以进一步地在增强的韧性支撑下获得更大的形变耗能能力，从而吸收更多的冲击能量，以在外界冲击消退后，本冲击吸收结构能够恢复原态，从而使得本冲击吸收结构具有抗破坏性能。此外，由于，本冲击吸收结构在吸收部分冲击能量的同时，其体积不断收缩的，即其整体密度是在逐渐增大的，使得冲击力越来越不容易穿透本冲击吸收结构，减缓了冲击撑垫在本冲击吸收结构后面的被防护区域，使得本发明具备抗侵彻能力。
5.在一些实施方式中，多个空隙部的最大空隙尺寸部位均设置在靠近第一虚拟中心轴线的位置，以在冲击吸收结构受外力时，空隙部的应力集中点形成在空隙部的最大空隙尺寸部位。
6.这样，由于空隙部的最大空隙尺寸部位设置在靠近第一虚拟中心轴线的位置,那么空隙部靠近第一虚拟中心轴线的位置的抗弯曲强度小于其余部位，即实现了将“空隙部的应力集中点设置在靠近第一虚拟中心轴线的位置”。
7.在一些实施方式中，基体内设有多组收缩空隙单元，多组收缩空隙单元共同围绕第二虚拟中心轴线圆形阵列排布以组合形成单元胞体，以在冲击吸收结构受外力时，多组收缩空隙单元均朝第二虚拟中心轴线收缩靠拢。
8.这样，通过将多组收缩空隙单元共同围绕第二虚拟中心轴线圆形阵列排布组合形成单元胞体，本冲击吸收结构在受到外力冲击时，多组收缩空隙单元在自我收缩的同时，也会共同朝第二虚拟中心轴线收缩，从而进一步地增强了本冲击吸收结构在受到外力冲击时的收缩能力，从而进一步地增大了本冲击吸收结构的韧性，以进一步地增强冲击吸收能力。
9.在一些实施方式中，基体内设有多个单元胞体，多个单元胞体均匀分布在基体内。
10.这样，进一步地增大了本冲击吸收结构的韧性，即进一步地增强冲击吸收能力。
11.在一些实施方式中，收缩空隙单元还包括中心孔部，中心孔部设置在第一虚拟中心轴线上。
12.这样，本冲击吸收结构受到冲击力，基体产生形变时，中心孔部会被压缩闭合，从而使得本冲击吸收结构获得更大的收缩空间，即本冲击吸收结构获得更多的体积收缩空间，进一步地增大了本冲击吸收结构的韧性，即进一步地增强冲击吸收能力。
13.在一些实施方式中，收缩空隙单元包括四个空隙部，四个空隙部为第一空隙条、第二空隙条、第三空隙条以及第四空隙条，第一空隙条、第二空隙条、第三空隙条以及第四空隙条围绕第一虚拟中心轴线圆形整列排布组成矩形状。
14.在一些实施方式中，单元胞体包括四组收缩空隙单元，四组收缩空隙单元依次围绕第二虚拟中心轴线圆形阵列排布组成矩形状。
15.在一些实施方式中，单元胞体中至少部分相邻的两个空隙部融合成一体。
16.这样，由于分属于不同单元胞体中相邻的两个空隙部融合成一体，使得本冲击吸收结构的结构更加简洁紧凑。
17.在一些实施方式中，单元胞体中相邻的两个空隙部均融合成一体。
18.在一些实施方式中，基体由聚脲材料制成。
19.这样，从而使得本冲击吸收结构具备防腐、防水、耐磨以及高韧性的特点。
附图说明
20.图1为本发明一种实施方式的冲击吸收结构的示意图；图2为图1所示冲击吸收结构的立体视角的示意图；图3为图1所示冲击吸收结构受到外界冲击力的示意图；图4为本发明另一种实施方式的冲击吸收结构的示意图；图5为本发明又一种实施方式的冲击吸收结构的示意图；图6为图2所示的冲击吸收结构在solidworks软件的模拟环境下未受到冲击波的示意图；图7为图6所示的冲击吸收结构在solidworks软件的模拟环境下受到冲击波后，体积产生收缩的示意图；图8为外界冲击波冲击图1所示的冲击吸收结构时的入射压力随时间的变化曲线图和外界冲击波透过图1所示的冲击吸收结构后的透射压力随时间的变化曲线图。
21.其中，附图标记含义如下：
1、基体；11、中心孔部；2、收缩空隙单元；21、空隙部；211、应力集中点；22、第一虚拟中心轴线；3、单元胞体；31、第二虚拟中心轴线。
具体实施方式
22.为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
25.下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
26.实施例一：图1～3示意性地显示了本发明的一种实施方式的冲击吸收结构，其包括：基体1和收缩空隙单元2；其中，收缩空隙单元2包括多个空隙部21，多个空隙部21共同围绕第一虚拟中心轴线22圆形阵列排布设置在基体1内，多个空隙部21均由第一虚拟中心轴线22辐射发散，且多个空隙部21的应力集中点211均设置在靠近第一虚拟中心轴线22的位置，以在冲击吸收结构受外力冲击，基体1产生形变时，空隙部21先在应力集中点211朝第一虚拟中心轴线22弯折靠拢，然后空隙部21闭合收拢，使得基体1的体积收缩。详细地，在具体运用场景中，可以根据所需要的尺寸或形状，将多个本冲击吸收结构进行组合排布（可以是通过模具一体化预制形成，也可以是通过连接结构进行连接组合形成，还可以是采用堆砌的方式组合在一起），例如将本冲击吸收结构运用在爆破拆除场景中，将多个本冲击吸收结构进行组合形成围挡状；又例如将本冲击吸收结构运用在高速公路防护带场景中，将多个本冲击吸收结构进行组合形成长条带状。详细地，基体1由韧性材料制成。
27.如图1、图2、图3、图6以及图7所示，这样，当外界冲击载荷施加到本冲击吸收结构上时，基体1产生形变，由于应力集中点211是空隙部21中强度最弱的部位，那么基体1产生形变时，空隙部21首先在应力集中点211朝第一虚拟中心轴线22弯折靠拢，然后在基体1进一步形变后，空隙部21剩余的部位逐渐闭合收拢，由于多个空隙部21都是围绕第一虚拟中心轴线22圆形阵列排布设置在基体1内的，在基体1逐渐形变的过程中，多个空隙部21都是不断地向第一虚拟中心轴线22收缩闭合，产生形变耗能，以吸收部分冲击能量，同时也会使得基体1的体积不断收缩，逐渐增大了本冲击吸收结构的整体密度，从而增大了本冲击吸收结构的韧性，以进一步地在增强的韧性支撑下获得更大的形变耗能能力，从而吸收更多的冲击能量（如图8所示，图中的点线表征了外界冲击波冲击本发明时的入射压力随时间的变化曲线，入射压力的峰值是17.6353mpa；图中的箭头线表征了外界冲击波透过本发明后的透射压力随时间的变化曲线，透射压力的峰值是0.462mpa，通过将入射压力的峰值和透射压力的峰值对比后，可以得出外界冲击力被本发明吸收和消耗后大幅衰减），以在外界冲击消退后，本冲击吸收结构能够恢复原态，从而使得本冲击吸收结构具有抗破坏性能。此外，
由于，本冲击吸收结构在吸收部分冲击能量的同时，其体积不断收缩的，即其整体密度是在逐渐增大的，使得冲击力越来越不容易穿透本冲击吸收结构，减缓了冲击撑垫在本冲击吸收结构后面的被防护区域，使得本发明具备抗侵彻能力。
28.详细地，在本实施例中，多个空隙部21的最大空隙尺寸部位均设置在靠近第一虚拟中心轴线22的位置，以在冲击吸收结构受外力时，空隙部21的应力集中点211形成在空隙部21的最大空隙尺寸部位。这样，由于空隙部21的最大空隙尺寸部位设置在靠近第一虚拟中心轴线22的位置,那么空隙部21靠近第一虚拟中心轴线22的位置的抗弯曲强度小于其余部位，即实现了将“空隙部21的应力集中点211设置在靠近第一虚拟中心轴线22的位置”。在其他实施方式中，实现“空隙部21的应力集中点211设置在靠近第一虚拟中心轴线22的位置”的具体结构和方式还可以根据实际情况进行适宜性调整，例如可以将空隙部21靠近第一虚拟中心轴线22的位置的材料的强度设置得比其余位置更弱，即只要是能够使得空隙部21的应力集中点211设置在靠近第一虚拟中心轴线22的位置皆可。
29.在本实施例中，基体1内设有多组收缩空隙单元2，多组收缩空隙单元2共同围绕第二虚拟中心轴线31圆形阵列排布以组合形成单元胞体3，以在冲击吸收结构受外力时，多组收缩空隙单元2均朝第二虚拟中心轴线31收缩靠拢。这样，通过将多组收缩空隙单元2共同围绕第二虚拟中心轴线31圆形阵列排布组合形成单元胞体3，本冲击吸收结构在受到外力冲击时，多组收缩空隙单元2在自我收缩的同时，也会共同朝第二虚拟中心轴线31收缩，从而进一步地增强了本冲击吸收结构在受到外力冲击时的收缩能力，从而进一步地增大了本冲击吸收结构的韧性，以进一步地增强冲击吸收能力。
30.在本实施例中，基体1内设有多个单元胞体3，多个单元胞体3均匀分布在基体1内。这样，进一步地增大了本冲击吸收结构的韧性，即进一步地增强冲击吸收能力。
31.在本实施例中，收缩空隙单元2还包括中心孔部11，中心孔部11设置在第一虚拟中心轴线22上。这样，本冲击吸收结构受到冲击力，基体1产生形变时，中心孔部11会被压缩闭合，从而使得本冲击吸收结构获得更大的收缩空间，即本冲击吸收结构获得更多的体积收缩空间，进一步地增大了本冲击吸收结构的韧性，即进一步地增强冲击吸收能力。
32.在本实施例中，收缩空隙单元2包括四个空隙部21，四个空隙部21为第一空隙条、第二空隙条、第三空隙条以及第四空隙条，第一空隙条、第二空隙条、第三空隙条以及第四空隙条围绕第一虚拟中心轴线22圆形整列排布组成矩形状。在其他实施方式中，空隙部21的具体数量和形状还可以根据实际情况进行适宜性调整。
33.在本实施例中，单元胞体3包括四组收缩空隙单元2，四组收缩空隙单元2依次围绕第二虚拟中心轴线31圆形阵列排布组成矩形状。在其他实施方式中，单元胞体3所包括的收缩空隙单元2的数量还可以根据实际情况进行适宜性调整。
34.在本实施例中，单元胞体3中至少部分相邻的两个空隙部21融合成一体。这样，由于分属于不同单元胞体3中相邻的两个空隙部21融合成一体，使得本冲击吸收结构的结构更加简洁紧凑。详细地，在本实施例中，单元胞体3中相邻的两个空隙部21均融合成一体。详细地，在图1-3中的竖向上的相邻的两个空隙部21融合一体，形成两组单独的融合空隙；横向上的相邻的四个空隙部21融合成一个融合空隙。
35.在本实施例中，基体1由聚脲材料制成。这样，从而使得本冲击吸收结构具备防腐、防水、耐磨以及高韧性的特点。在其他实施方式中，基体1还可以由其他种类的韧性材料制
成。
36.详细地，在本实施例中，本冲击吸收结构采用在模具内注入聚脲材料凝固而成，生产制作步骤为：步骤1结合3d打印平台和聚脲灌注工艺的要求，确定单元胞体3的尺寸，利用solidworks和cad程序绘制出上述模具的三维模型；步骤2综合经济性和精密度，选择适当的增材制造技术进行模具的3d打印制造；步骤3将模具内表面进行清理、打磨，并涂抹脱模剂；步骤4通过小型静态混合设备在模具中灌注聚脲；步骤5待聚脲凝固后，脱模取出后即得到本冲击吸收结构；步骤6用砂纸、小刀等工具去掉冲击吸收结构多余的毛刺并将模块表面打磨光滑。
37.实施例二本实施例与实施例一的区别：如图4所示，本实施例中，在图4中的竖向上的相邻的空隙部21与横向上的相邻的空隙部21融合一体形成十字状的融合空隙。
38.实施例三本实施例与实施例一的区别：如图5所示，在本实施例中，在图5中的横向上的相邻的两个空隙部21融合一体，形成两组单独的融合空隙；竖向上的相邻的四个空隙部21融合成一个融合空隙。
39.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。