一种高效缓冲吸能元件的制作方法

本发明涉及工程防护领域，特别是一种高效缓冲吸能元件。

背景技术：

缓冲吸能元件在各工程领域有着大量的应用，作为缓冲吸能元件必须同时具有缓冲和吸能特性，原理为，在冲击载荷作用下，缓冲吸能元件须产生较大的变形和不可逆的能量耗散。

利用缓冲吸能原理，目前市面上已有下述几种元件：

1、利用金属材料的塑性变形，产生缓冲吸能效果，如泡沫铝、波纹管以及圆柱、圆锥管件。由于受到材料和结构限制，吸能效果一般。

2、液压组合元件，该元件的可靠性不高、经济性不高、维修成本较高。

3、组合结构，一般由弹性元件和阻尼元件组成，经济性较低、维修成本高。

4、导向胀管式蜂窝，可靠性低，维修成本高。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高效缓冲吸能元件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效缓冲吸能元件，包括元件本体，所述元件本体内设有一组以上的大槽孔和一组以上的小槽孔，所述大槽孔和小槽孔在竖直方向和水平方向均依次间隔排列。

本发明中，小槽孔设置在相邻的大槽孔之间，大槽孔设置在相邻的小槽孔之间。

本发明中，一层的一个大槽孔、一个小槽孔以及下一层的一个小槽孔和一个大槽孔共同形成一个吸能单元。

本发明中，所述大槽孔为圆形槽孔，小槽孔为圆形槽孔。

本发明中，所述同一横排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线，同一竖排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线。

本发明中，所述大槽孔为菱形，小槽孔为菱形，同一横排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线，同一竖排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线；菱形的大槽孔的长对角线均为水平，菱形的小槽孔的长对角线均为竖直。

本发明中，所述大槽孔为椭圆，小槽孔为椭圆，同一横排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线，同一竖排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线；椭圆的大槽孔的长轴均为水平，椭圆的小槽孔的长轴均为竖直。

本发明中，所述大槽孔为圆角多边形，小槽孔为圆角多边形；同一横排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线，同一竖排的大槽孔和小槽孔的中心点在同一直线；大槽孔的长对角线均为水平，小槽孔的长对角线均为竖直。

有益效果：本吸能元件一次浇铸成型，可靠性高，而且成本低，吸能效果好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是实施例1结构示意图；

图2是吸能单元吸能示意图；

图3a是吸能过程示意图一；

图3b是吸能过程示意图二；

图3c是吸能过程示意图三；

图4是实施例2示意图；

图5是实施例3示意图；

图6是实施例4示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明。

实施例1：

如图1，本实施例提供了一种高效缓冲吸能元件，包括元件本体1，所述元件本体内设有一组以上的大槽孔2和一组以上的小槽孔3，所述大槽孔和小槽孔在竖直方向和水平方向均依次间隔排列。

本实施例中，小槽孔3设置在相邻的大槽孔2之间，大槽孔2设置在相邻的小槽孔3之间。

本实施例中，所述大槽孔2为圆形槽孔，小槽孔3为圆形槽孔。

如图2，一层的一个大槽孔4、一个小槽孔5以及下一层的一个小槽孔6和一个大槽孔7共同形成一个吸能单元。

吸能单元原理：就吸能效率，轴向作用下塑性杆件时吸能效率最高的元件，能够吸收大量能量，但是轴向载荷作用下，塑性杆件缓冲效果差。横向载荷作用下，杆件具有较大变形，能够起到较好缓冲效果，但是无法吸收大量能量。

在冲击载荷作用下，如图2所示区域说明其缓冲吸能机理，在冲击载荷下，由于孔的应力集中，图中a、b、c、d、e、f、g、h处依次产生塑性变形，随着载荷进一步增强，a-h各点塑性区扩展，并逐渐形成塑性铰，在该过程中，由于塑性区扩展，材料流动，结构变形，使得i、j、k、l、m、n、o、p处依次进入塑性并逐步形成塑性铰。载荷进一步作用下，孔结构变形成椭圆，缓冲吸能元件产生显著变形，产生缓冲作用，同时区域q的材料沿图示方向产生流动，产生能量耗散，完成吸能效果。

缓冲吸能元件采用塑性材料。

实际应用中，根据工程中实际情况，选用不同的材料，孔间距，孔直径可以满足工程应用中的f-δl曲线。

吸能过程如图3a、图3b和图3c，

1、设置不同尺寸孔，利用圆孔边缘应力集中，在冲击力作用下，使得孔边应力急剧增加，形成塑性区，进入塑性流动，如图3a和图3b所示，

2、载荷继续作用下，不同孔尺寸的塑性变形、塑性流动，使得在孔边产生塑性铰，如图3c所示

3、孔边材料以塑性铰形式流动，使得孔可以产生径向变形，取得缓冲效果，同时塑性铰的转动取得耗能效果

4、孔边材料塑性变形、流动相互协调，使得材料在吸能阶段具有较小的刚度，具有良好的缓冲效果，同时所有孔边材料均产生了塑性流动，具有高效的吸能效果。

本实施例与导向胀管式蜂窝的区别：

1、结构不同：本吸能元件是金属工具，具有一定数量的通孔，导向胀管式蜂窝是利用箍带将金属管和蜂窝管阵列固定于导向管周围。

2、工作机理不同：本吸能元件是利用塑性铰产生、扩展、材料塑性流动，各孔协调变形完成缓冲吸能，导向胀管式蜂窝是利用摩擦、胀管变形以及二次屈曲完成缓冲吸能。

3、成本不同：本吸能元件一次浇铸成型，对加工精度要求较低，而导向胀管式蜂窝涉及过盈装配，工艺复杂，加工精度要求高，生产成本高。

4、可靠近不同：本吸能元件一次浇铸成型，可靠性高，导向胀管式蜂窝在高度冲击力作用下，一阶吸能时会产生大量摩擦热，这些摩擦热在瞬时无法扩散，将会集中在蜂窝管局部，材料软化，结构局部失稳，破坏整体结构，无法按预定工作方式完成缓冲吸能。另一方面如果过盈配合量小，不会产生大量摩擦热及胀管变形，那么一阶吸能较少，在冲击载荷作用下，进入二阶吸能模式，二阶吸能模式为管轴向压缩作用下屈曲模式，该模式有两个缺陷，一个是，为了避免失稳，结构中增加了导向管，导向管将使得结构刚度增加，降低缓冲效果。同时箍带将各个胀管固定于导向管周围，进一步使得结构整体刚度增加，无法完成缓冲。另一个是，管在轴向压缩作用下实现均匀褶皱压溃，二阶吸能模式可靠性低。

实施例2：

如图4，本实施例与实施例1的区别在于，大槽孔2、小槽孔3均为菱形，横截面上同一横排或者竖排的菱形中心点均在同一直线上。大槽孔2的长对角线均为水平，小槽孔3的长对角线均为竖直。

实施例3：

如图5，本实施例与上述实施例的区别在于，大槽孔2、小槽孔3均为椭圆形，横截面上同一横排或者竖排的椭圆的中心点均在同一直线上。大槽孔2的长轴均为水平，小槽孔3的长轴均为竖直。

实施例4：

如图6，本实施例与上述实施例的区别在于，大槽孔2、小槽孔3均为圆角多边形，横截面上同一横排或者竖排的圆角多边形的中心点均在同一直线上。大槽孔2的长对角线均为水平，小槽孔3的长对角线均为竖直。

本发明提供了一种高效缓冲吸能元件，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。