一种方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构

1.本实用新型涉及能量吸收结构的技术领域，特别涉及一种方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构。


背景技术：

2.飞机、高铁车辆、汽车等在遭受碰撞事故时会承受强烈的冲击载荷，其结构会出现严重的塑性变形甚至断裂破坏，并造成载具内部的生存空间挤压，引发人员伤亡和财产损失。结构抗冲击吸能设计能够有效地避免冲击载荷下造成严重的生命财产损失，具有重要的工程应用价值，成为了冲击动力学领域的热点研究方向之一。金属薄壁管、泡沫材料、蜂窝结构、点阵结构和夹心结构等在冲击防护领域已有广泛的应用，均是通过自身的塑性变形将冲击能量转换为塑性变形能。然而这些传统的结构一般都是整体设计，在承受冲击载荷作用后，结构的变形不可恢复，整个结构也不能再次使用。这会造成极大的浪费，需要进一步开发可拆装和重复使用的能量吸收结构。
3.且在实际工程中，在局部冲击载荷作用下，抗冲击吸能结构发生塑性变形的区域是局部的，在远离冲击载荷的区域，结构很完整，如果直接整体弃用会造成材料和结构的浪费。因此，在保证抗冲击吸能结构能量吸收性能的前提下使部分未变形的结构能够重复使用，使得抗冲击吸能结构具有可拆装和维护方便的特性，对抗冲击能量吸收结构的设计具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型旨在提供一种结构简单的方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构，包括上平板梁、吸能芯层和下平板梁，所述吸能芯层由多个并列设置的吸能夹心组成，且各个吸能夹心的顶部和底部分别与所述上平板梁和所述下平板梁可拆卸相连；所述吸能夹心呈中空状，且所述吸能夹心中空的中轴线与所述上平板梁或所述下平板梁的长边相垂直，与所述上平板梁或所述下平板梁的短边相平行。
7.作为优选，各个所述吸能夹心的顶部均设有卯口一，各个所述吸能夹心的底部均设有卯口二，所述上平板梁的下表面设有多个与所述卯口一匹配的榫槽一，多个所述榫槽一分别与各个吸能夹心的卯口一榫卯配合，所述下平板梁的上表面设有多个与所述卯口二匹配的榫槽二，多个所述榫槽二分别与各个吸能夹心的卯口二榫卯配合。
8.作为优选，所述卯口一和所述卯口二结构相同。
9.作为优选，所述卯口一和所述卯口二均呈波浪型。
10.作为优选，所述吸能夹心由吸能芯胞元与外延板组成，所述吸能芯胞元由首尾相连并形成中空的吸能壁组成，所述外延板用于使所述吸能夹心与所述上平板梁和所述下平
板梁可拆卸相连；所述外延板设置四块，四块所述外延板分别设置在所述吸能芯胞元顶部和底部的左右两端，并与所述上平板梁或所述下平板梁平行。
11.作为优选，所述吸能芯胞元的构型为圆形、椭圆形、多边形中的任意一种，且所述多边形的边数为偶数。
12.作为优选，所述吸能芯层与所述上平板梁和所述下平板梁均通过卯结构固定器和插销实现可拆卸相连；
13.所述上平板梁的下表面和所述下平板梁的上表面均设有多个与所述卯结构固定器配合的榫槽三；所述榫槽三的前后两端侧壁设有与所述插销匹配的通孔一；
14.所述卯结构固定器包括t型卯结构固定器和l型卯结构固定器，所述t型卯结构固定器用于通过所述插销将相邻两个吸能夹心与所述上平板梁或所述下平板梁相连，所述l型卯结构固定器用于通过所述插销将最左端的吸能夹心的左端以及最右端的吸能夹心的右端与所述上平板梁或所述下平板梁相连。
15.作为优选，所述t型卯结构固定器包括从上至下依次相连的连接面板一、凸台一、凸台二，所述l型卯结构固定器包括从上至下依次相连的连接面板二、凸台三、凸台四；所述凸台二和所述凸台四上均设有贯穿其长度方向且与所述插销匹配的的通孔二；
16.所述连接面板一、凸台一、连接面板二以及凸台三的侧边长度与其所要连接的上平板梁或下平板梁的宽度相匹配，所述凸台一和所述凸台三的厚度与所述外延板的厚度相匹配，所述凸台二和所述凸台四的侧边长度与所述榫槽三的长度相匹配，所述凸台二和所述凸台四的厚度与所述榫槽三的深度相匹配。
17.作为优选，所述插销为一根长度与其所要连接的上平板梁或下平板梁宽度相等的实心圆柱体。
18.作为优选，所述上平板梁和下平板梁关于所述吸能芯层对称设置。
19.本实用新型的有益效果是：
20.1、本实用新型将吸能夹心设计成与上平板梁和下平板梁可拆卸相连，使得其能够在防护冲击载荷后，将未变形的吸能夹心拆卸下来，实现结构的重复使用，减小经济成本；且如此设计，使得本实用新型无需一次成型，降低了制造难度。
21.2、使用本实用新型时，可以根据实际情况选择合适的结构尺寸，包括结构的长度、宽度和高度等；可以根据吸收冲击能量的大小，设计吸能夹心的数量和吸能夹心之间的间距。
22.3、本实用新型在功能上是分工协作式的；整个装配好的夹心结构在非吸能状态下起到承受并传递弯曲载荷的作用，此时其结构形式稳定，可以作为结构承力构件加以利用，而中间的吸能芯层仅在吸能状态下开始工作；在面板遭受冲击载荷作用时，局部的吸能夹心发生塑性变形进而吸收能量，其它未变形的吸能夹心能够拆卸后重复使用。
23.4、本实用新型可通过改变吸能夹心所使用的结构和材料来满足不同的能量吸收需求，具备较好的可调节性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅
是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型一个具体实施例的立体结构示意图；
26.图2为图1实施例组装完整前的俯视立体结构示意图；
27.图3为图1实施例组装完整前的仰视立体结构示意图；
28.图4为图1实施例上平板梁的仰视立体结构示意图；
29.图5为本实用新型卯结构固定器的一个具体实施例结构示意图，其中图5(a)为t型卯结构固定器的结构示意图，图5(b)为l型卯结构固定器的结构示意图；
30.图6为本实用新型另一个具体实施例的立体结构示意图；
31.图7为本实用新型另一个具体实施例的立体结构示意图。
32.图中标号：1-上平板梁、2-吸能芯层、3-下平板梁、4-吸能夹心、401-吸能芯胞元、402-外延板、5-卯口一、6-卯口二、7-榫槽一、8-榫槽二、9-插销、10-榫槽三、11-通孔一、12-t型卯结构固定器、121-连接面板一、122-凸台一、123-凸台二、13-l型卯结构固定器、131-连接面板二、132-凸台三、133-凸台四、14-通孔二。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本实用新型。
35.如图1-7所示，一种方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构，包括上平板梁1、吸能芯层2和下平板梁3，所述吸能芯层2由多个并列设置的吸能夹心4组成，且各个吸能夹心4的顶部和底部分别与所述上平板梁1和所述下平板梁3可拆卸相连；所述吸能夹心4呈中空状，且所述吸能夹心4中空的中轴线与所述上平板梁1或所述下平板梁3的长边相垂直，与所述上平板梁1或所述下平板梁3的短边相平行。
36.在本实施例中，当所述抗冲击吸能夹心梁在非吸能工作状态下时，各部件紧密装配，有利于保持结构的稳定，且能够用于结构承载。当所述抗冲击吸能夹心梁的某处受到冲击载荷作用时，冲击载荷正下方的吸能夹心4及附近的吸能夹心4发生压溃变形，达到能量吸收的目的；而远处的吸能夹心4由于离冲击区域较远，变形较小，可拆装后重复使用。
37.在一个具体的实施例中，所述上平板梁1和下平板梁3关于所述吸能芯层2对称设置，各个吸能夹心4等间距分布。可选地，所述上平板梁1的长为102mm，宽为15mm；所述间距为2-3mm。在本实施例中，将吸能夹心4之间设置间距，能够进一步保证本实用新型在受到冲击过程中，其中一个吸能夹心4的变形不会干涉到另一个吸能夹心4，从而在冲击下获得更多能够重复使用的未破坏吸能夹心。具体的间距可根据吸收冲击能量的大小进行设定。
38.在一个具体的实施例中，各个所述吸能夹心4的顶部均设有卯口一5，各个所述吸能夹心4的底部均设有卯口二6，所述上平板梁1的下表面设有多个与所述卯口一5匹配的榫槽一7，多个所述榫槽一7分别与各个吸能夹心4的卯口一5榫卯配合，所述下平板梁3的上表面设有多个与所述卯口二6匹配的榫槽二8，多个所述榫槽二8分别与各个吸能夹心4的卯口二6榫卯配合。可选地，所述卯口一5和所述卯口二6结构相同，且均呈波浪型。可选地，波浪型卯口沿吸能夹心4长度方向开设且设置的长度为5mm，整体波浪型在吸能夹心4宽度的方向上的长度为6mm。在本实施例中，利用榫卯配合能够方便各个吸能夹心4快速定位安装。
39.在一个具体的实施例中，所述吸能夹心4由吸能芯胞元401与外延板402组成，所述吸能芯胞元401由首尾相连并形成中空的吸能壁组成，所述外延板402用于使所述吸能夹心4与所述上平板梁1和所述下平板梁3可拆卸相连；所述外延板402设置四块，四块所述外延板402分别设置在所述吸能芯胞元401顶部和底部的左右两端，并与所述上平板梁1或所述下平板梁3平行。可选地，所述吸能夹心4的长度为18mm，宽度为15mm。
40.可选地，所述吸能芯胞元401的构型为圆形、椭圆形、多边形中的任意一种，且所述多边形的边数为偶数，例如方形或六边形等。需要说明的是，除了本实施例的吸能芯胞元构型外，本实用新型的吸能芯胞元401也可采用泡沫或蜂窝状的薄壁结构。另外，还可通过调节填充材料的密度等来控制结构吸收能量的大小。本实用新型可通过改变吸能芯胞元401的构型和材料来满足不同的能量吸收需求，具有较好的可调节性。
41.在上述实施例中，通过设置外延板402，能够使所述吸能芯胞元401无需与所述上平板梁1和所述下平板梁3连接，从而使其能够更好的发挥能量吸收的作用。
42.在一个具体的实施例中，所述吸能芯层2与所述上平板梁1和所述下平板梁3均通过卯结构固定器和插销9实现可拆卸相连；
43.所述上平板梁1的下表面和所述下平板梁3的上表面均设有多个与所述卯结构固定器配合的榫槽三10；所述榫槽三10的前后两端侧壁设有与所述插销9匹配的通孔一11；
44.所述卯结构固定器包括t型卯结构固定器12和l型卯结构固定器13，所述t型卯结构固定器12用于通过所述插销9将相邻两个吸能夹心4与所述上平板梁1或所述下平板梁3相连，所述l型卯结构固定器13用于通过所述插销9将最左端的吸能夹心4的左端以及最右端的吸能夹心4的右端与所述上平板梁1或所述下平板梁3相连。
45.可选地，所述t型卯结构固定器12包括从上至下依次相连的连接面板一121、凸台一122、凸台二123，所述l型卯结构固定器13包括从上至下依次相连的连接面板二131、凸台三132、凸台四133；所述凸台二123和所述凸台四133上均设有贯穿其长度方向且与所述插销9匹配的的通孔二14；
46.所述连接面板一121、凸台一122、连接面板二131以及凸台三132的侧边长度与其所要连接的上平板梁1或下平板梁3的宽度相匹配，所述凸台一122和所述凸台三132的厚度与所述外延板402的厚度相匹配，所述凸台二123和所述凸台四133的侧边长度与所述榫槽三10的长度相匹配，所述凸台二123和所述凸台四133的厚度与所述榫槽三10的深度相匹配。
47.可选地，所述插销9为一根长度与其所要连接的上平板梁1或下平板梁3宽度相等的实心圆柱体。可选地，所述插销9的直径为0.4mm，长度为15mm。通过所述插销9，能够使所述卯结构固定器、吸能夹心4、上平板梁1以及下平板梁3相连，形成一个完整的整体。
48.组装上述实施例的本实用新型时，首先将各个吸能夹心4依次放置在所述下平板梁3的上表面，且相邻两个吸能夹心4位于所述榫槽三10的左右两端，最左端的吸能夹心4的最左边位于最左边的榫槽三10的右侧，最右端的吸能夹心4的最右边位于最右边的榫槽三10的左侧。其次，将卯结构固定器插入到所述下平板梁的榫槽三10中，其中下平板梁3两侧边缘的榫槽三10用所述l型卯结构固定器13，中间的榫槽三10用所述t型卯结构固定器12。然后，将所述插销9插入到所述榫槽三10和所述卯结构固定器的通孔中，使所述吸能夹心4与所述下平板梁3相连。最后，将上平板梁1的各榫槽三10对准各卯结构固定器的凸台，下压后同样用插销9进行固定，使所述吸能夹心4与所述上平板梁1相连。
49.依照上述步骤即可组合出完整的方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构，最终形成的结构如图1所示，其可以承受并传递弯曲载荷，作为结构承力件使用，此时其结构形式稳定。在平板梁遭受冲击载荷作用时，局部吸能夹心4的吸能芯胞元401发生塑性变形进而吸收能量，其它未变形的吸能芯胞元401能够通过拆卸吸能夹心进行重复使用。本实用新型使用后，可按照上述步骤的逆步骤将其拆卸，即可将部分已失效的吸能夹心4取出，用新的夹心梁进行替代；亦可将未失效的吸能夹心4取出，用于组装新的夹心梁。
50.另外，若上述实施例结合前述在吸能夹心设置卯口，在上下平板梁上设置榫槽的实施例，则本实施例在进行夹心梁组装的第一步时，可通过吸能夹心与上下平板梁之间的榫卯配合进行定位，方便组装。
51.需要说明的是，除了采用上述实施例卯榫配合的可拆卸连接方式之外，本实用新型还可通过螺栓利用螺纹连接使所述吸能夹心4与所述上平板梁1和所述下平板梁3可拆卸相连(在外延板402和上下平板梁上设置相应的螺纹孔，然后通过螺栓使外延板402与上下平板梁相连，从而使吸能夹心4与上下平板梁相连)，或者现有技术中的其他可拆卸相连的连接方式。
52.本实用新型所述方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构各部件的尺寸、吸能夹心4的数量、定位榫槽的数量等等的不同设计，会使整个结构的强度和刚度不同，具体可根据工程需要进行调整。在一个具体的实施例中，整体结构采用金属材料制备而成，吸能夹心4中的吸能芯胞元401采用吸能材料制成。
53.综上所述，本实用新型提供了一种方便拆装和维护的抗冲击吸能夹心梁结构，克服了传统抗冲击吸能夹心梁结构制造成本高，且只能一次性使用的问题，这种可拆装的设计也能够回收和重复利用冲击载荷作用后未发生变形的吸能夹心，实现抗冲击吸能夹心梁结构吸能芯层吸能材料的可重复使用。
54.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。