专利名称：一种能量吸收材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能量吸收材料。
背景技术：
能量吸收材料能够将大部分输入动能通过塑性变形或者其他转化过程耗散，避免材料弹性回弹对被保护物品的冲击损害，对被保护的物品起到防护作用，因此其被广泛的应用于化工、建筑、交通、航空等领域。目前，如
图1所示多胞蜂窝结构是一种使用广泛的能量吸收材料。在此类多胞蜂窝结构中，胞元大小多为均勻。对于胞元厚度较小的多胞蜂窝结构，其在冲击变形过程中， 虽然平台应力大小会有所增加，但平台阶段的长度减小，并且对应着较大的初始应力峰值， 这对于被防护物是不利的。而对于大孔径多胞蜂窝状结构能量吸收材料，虽然其能够延长平台阶段长度和减小初始应力峰值，但其平台应力值也相应减小，能量吸收效率降低，也不能实现有效的冲击防护作用。最近，国内外许多的科学家已经完成了一系列的实验，研究了密度梯度金属空心球团的动力学性能。他们的结果表明通过密度梯度的适当设计，材料的能量吸收可以得到控制。但是，梯度、冲击速度和金属空心球结构动力学特性之间的关系并没有确定。此外， 由于实验本身的限制，空心球在高速冲击条件下的行为并没有给出。本文基于数值模拟，分析讨论了二维均勻空心球阵列的动力学行为，并且研究了二维密度梯度金属空心球阵列的能量吸收特性。此外，我们还研究了高速冲击载荷下梯度和排布模式在空心球阵列动力学响应中所起的作用。我们给出了梯度、冲击速度和空心球阵列动力学响应之间的关系。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺点提供一种有效防护冲击的能量吸收材料。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案一种能量吸收材料，其特征在于该材料为多层结构，每一层材料由球状胞元组成，球状胞元之间呈6边形排列，胞元的厚度按层呈线性梯度排布。其进一步特征在于所述胞元的厚度的梯度变化符合公式T = 1(1+α Y)，其中 Ttl为冲击端的胞元孔径大小，α为梯度系数，a兴0，Y为当前孔所在层到冲击端的平均距离，-1 < aY < 1。通过研究二维球阵列的两种结构模型分别是四边形结构和六边形结构(图2a和 2b)，所有空心球的制造均为薄壁结构，整个阵列不容许有平面外位移。模型等同于将阵列由上下两块刚性板夹成的三明治结构，同时平面阵列的周边边界也假设为刚性板。考虑了六种梯度形式，分别命名为G123、G132、G231、G213、G312和G321 (图3)。在这个命名体系中，下标表示从冲击端开始各层壁厚的顺序。数字越大，球的壁厚越厚。使用显示有限元软件LS-DYNA来计算分析可以知。G123(G321)表示一个线性的梯度递增(递减)结构。
使用显示有限元 软件LS-DYNA来计算分析可以知。基于以上设置通过相关文献中的参数计算两个球的冲撞。结果显示，数值模拟结果和文献中的实验数据高度一致(图4)， 这证明了本文所采用数值模拟方法的精确性。在图中，δ表示标准化位移，P表示外荷载， M0= oyt2/4表示单位长度瞬时全塑性弯曲。其中％表示屈服应力，t表示球壁厚度。梯度空心球的计算模型在图2c中给出。在沿着Y方向的冲击过程中，刚性板以某一初始速度自冲击端下落，同时在固定端(阵列的底排)加一个刚性边界。球的基体材料采用铝，并假设为完全弹塑性材料。杨氏模量、屈服应力和泊松比分别取
权利要求
1.一种能量吸收材料，其特征在于该材料为多层结构，每一层材料由球状胞元组成， 球状胞元之间呈6边形排列，胞元的厚度按层呈线性梯度排布。
2.根据权利要求1所述的能量吸收材料，其特征在于所述胞元的厚度的梯度变化符合公式T=Ttl (1+α Y)，其中Ttl为冲击端的胞元孔径大小，α为梯度系数，a兴0，Υ为当前孔所在层到冲击端的平均距离，"I < aY < 1。
全文摘要
本发明公布了一种能量吸收材料，其特征在于该材料为多层结构，每一层材料由球状胞元组成，球状胞元之间呈6边形排列，胞元的厚度按层呈线性梯度排布。本发明结构能够有效的防护冲击。
文档编号F16F7/12GK102384199SQ201110275499
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者何云 申请人:何云