CN112538908B - 一种复合材料滑出体耗能组合板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料滑出体耗能组合板。该复合材料滑出体耗能组合板包括：前面板、后面板、变形夹芯以及一个或多个滑出体；所述变形夹芯的底部与后面板固定连接；所述变形夹芯的顶部与前面板固定连接；所述滑出体设置在所述变形夹芯的侧面；所述滑出体中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料。应用本发明可以更好地抵抗外界的冲击作用。

Description

一种复合材料滑出体耗能组合板

技术领域

本申请涉及防爆防冲击技术领域，尤其涉及一种复合材料滑出体耗能组合板。

背景技术

在实际应用环境中，结构受冲击的事件层出不穷。例如，飞机起飞和降落时受到石子和飞鸟的冲击、桥梁受到汽车的冲击、桥墩受到轮船的冲击、棚洞受到落石的冲击、综合管廊受到燃气爆炸的冲击等等。这些冲击事件给国民经济造成巨大损失的同时，也严重威胁了人民的生命安全。

传统的抗冲击设计理念是：通过设计足够的强度和延性来抵御巨大的冲击荷载，并有效地反射冲击波，从而削弱作用在抗冲击结构上的效应。所以，一般情况下都是设计成具体的实体结构。这种基于传统抗冲击设计理念的实体抗冲击结构由于要承受相当大的冲击荷载，为了有效抵抗冲击作用，因此一般都需要庞大的体积，这不但会增加相应的建造成本，而且由于需要考虑美观和土地限制，因此制约了其在城市地区的应用；另一方面，在与冲击波相互作用的过程中，实体抗冲击结构一旦被破坏后，所产生的碎片将对该结构后的人员和结构造成极大的威胁。

基于此，近年来在抗冲击抗爆设计中逐渐引入了能量吸收的设计理念，用牺牲层的破坏或大变形来吸收冲击能量以达到保护建筑物的目的。代表性的有泡沫夹层防爆墙、蜂窝夹层防爆墙、充水路障等。但是，为了给变形材料更好的变形空间，现有技术中所设计的能量吸收型抗冲击结构体积都较为庞大。

由此可知，在现有技术中，无论是基于传统抗冲击设计理念还是基于能量吸收设计理念的抗冲击结构，对冲击能量的耗散形式都没什么改变，都是依靠弹塑性变形以及断裂破坏的形式来耗散冲击能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合材料滑出体耗能组合板，从而可以更好地抵抗外界的冲击作用。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种复合材料滑出体耗能组合板，该复合材料滑出体耗能组合板包括：前面板、后面板、变形夹芯以及一个或多个滑出体；

所述变形夹芯的底部与后面板固定连接；所述变形夹芯的顶部与前面板固定连接；

所述滑出体设置在所述变形夹芯的侧面；所述滑出体中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

较佳的，所述变形夹芯和滑出体的形状为三棱柱；

所述滑出体的一个侧面与所述前面板的内壁抵接；所述滑出体的另一个侧面与所述变形夹芯的侧面抵接。

较佳的，所述变形夹芯包括：上夹芯和下夹芯；

所示上夹芯和下夹芯的形状均为三棱柱；所述上夹芯的底部与前面板固定连接；所述上夹芯的顶部与所述下夹芯的顶部固定连接；所述下夹芯的底部与后面板固定连接；

所述滑出体的形状为三棱柱；

所述滑出体的一个侧面与所述上夹芯的一个侧面抵接；所述滑出体的另一个侧面与所述下夹芯的一个侧面抵接。

较佳的，所述填充材料为液体、沙子、石块、水泥、金属或弹性材料。

较佳的，所述滑出体的本体由芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料或轻木制成。

较佳的，所述变形夹芯由橡胶或泡沫制成。

较佳的，所述前面板由纤维增强复合材料制成。

较佳的，所述后面板由钢材制成。

如上可见，在本发明的技术方案中，由于复合材料滑出体耗能组合板包括：前面板、后面板、变形夹芯和滑出体，因此可以设计构造出不同的结构形式，形成相应的复合材料滑出体耗能组合板。该复合材料滑出体耗能组合板的各个组成部分除了能够抵抗冲击作用下产生的应力，同时还可以利用组合板中可以运动的部分产生的运动转换并消耗能量，结合可以产生较大变形的变形夹芯部分的大变形进行耗能，以达到组合耗能的目的，从而可以更好地抵抗外界的冲击作用。

附图说明

图1为本发明的复合材料滑出体耗能组合板的结构示意图。

图2为本发明的一个实施例中的复合材料滑出体耗能组合板的结构示意图。

图3为本发明的另一个实施例中的复合材料滑出体耗能组合板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的复合材料滑出体耗能组合板的结构示意图。图2为本发明的一个实施例中的复合材料滑出体耗能组合板的结构示意图。图3为本发明的另一个实施例中的复合材料滑出体耗能组合板的结构示意图。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例中的复合材料滑出体耗能组合板包括：前面板11、后面板12、变形夹芯13和滑出体14；

所述变形夹芯13的底部与后面板12固定连接；所述变形夹芯13的顶部与前面板11固定连接；

所述滑出体14设置在所述变形夹芯13的侧面；所述滑出体14中设置有填充腔(图中未示出)；所述填充腔用于填充预设的填充材料。

在本发明的技术方案中，上述前面板可以用于抵挡第一道冲击波；在冲击波作用下，该前面板受荷变形并向内运动；该前面板抵抗一部分冲击波，并将大部分冲击能量以更均匀的方式传递给滑出体和变形夹芯。另外，上述的变形夹芯是设置在前面板和后面板之间，且变形夹芯的侧面设置了滑出体，因此，当前面板受到冲击波，并将冲击波的能量传递给变形夹芯时，该变形夹芯能够通过自身的变形吸收一部分冲击能量，进一步增加组合板的抗冲击能力，而且还可以将受到的冲击波的一部分能量传递给其侧面的的滑出体；而设置在变形夹芯的侧面的滑出体，当变形夹芯受到冲击作用且不足以提供足够的摩擦力时，所述滑出体将相对于变形夹芯发生相应的滑动，从而吸收一部分冲击能量；同时，滑出体在受到冲击作用时，也可以通过自身的变形吸收一部分冲击能量，从而可以进一步增加组合板的抗冲击能力。另外，上述的后面板可以确保在冲击作用下前面板、滑出体以及变形夹芯能够正常工作，不穿透后面板；而且，该后面板也可以通过自身的变形吸收一部分冲击能量，从而可以进一步增加组合板的抗冲击能力。

在本发明的技术方案中，所述复合材料滑出体耗能组合板中可以设置一个或多个滑出体，滑出体的数量可以根据实际应用情况的需要而预先设置，在此不再赘述。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的变形夹芯和滑出体。以下将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，如图2所示，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述变形夹芯和滑出体的形状为三棱柱；

所述滑出体的一个侧面与所述前面板的内壁抵接；所述滑出体的另一个侧面与所述变形夹芯的侧面抵接。

由于滑出体只有一个侧面与变形夹芯的一个侧面抵接，因此上述变形夹芯和滑出体的构造类型可以称之为单面滑出型。此时，当前面板受到冲击作用时，前面板受荷变形并向内运动，将一部分冲击能量传递给与其直接接触的变形夹芯和滑出体。而当滑出体受到冲击作用时，如果滑出体与变形夹芯之间的摩擦力无法抵消滑出体所受到的冲击力，则上述的滑出体将会沿着变形夹芯的侧面发生滑动，从而可以有效地吸收一部分冲击能量。

再例如，作为示例，如图3所示，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述变形夹芯包括：上夹芯和下夹芯；

所示上夹芯和下夹芯的形状均为三棱柱；所述上夹芯的底部与前面板固定连接；所述上夹芯的顶部与所述下夹芯的顶部固定连接；所述下夹芯的底部与后面板固定连接；

所述滑出体的形状为三棱柱；

所述滑出体的一个侧面与所述上夹芯的一个侧面抵接；所述滑出体的另一个侧面与所述下夹芯的一个侧面抵接。

由于滑出体的两个侧面均与变形夹芯的一个侧面抵接，因此上述变形夹芯和滑出体的构造类型可以称之为双面滑出型。此时，滑出体相当于被夹持在上夹芯和下夹芯之间。因此，当前面板受到冲击作用时，前面板受荷变形并向内运动，将一部分冲击能量传递给与其直接接触的变形夹芯，并通过变形夹芯将一部分冲击能量传递给滑出体。而当滑出体受到冲击作用时，如果滑出体与变形夹芯之间的摩擦力无法抵消滑出体所受到的冲击力，则上述的滑出体将会沿着变形夹芯的侧面发生滑动，从而可以有效地吸收一部分冲击能量。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的滑出体。以下将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述滑出体也可以为实体结构。

再例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以根据实际应用情况的需要，在上述滑出体的填充腔中填充预设的填充材料，以改变滑出体的整体重量，从而达到不同的抗冲击的要求。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述填充材料可以是液体、沙子、石块、水泥、金属、弹性材料等各种可以适用于实际应用场景的填充物。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述滑出体的本体可以由芳纶纤维增强复合材料(AFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)、轻木等质轻、易运动的材料制成。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的变形夹芯。以下将以其中的几种具体实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述变形夹芯可以由橡胶、泡沫等吸能效果好、变形能力大的材料制成，从而既能够将冲击力传递给滑出体，又能够通过自身的变形吸收一部分冲击能量，进一步增加组合板的抗冲击能力。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述前面板可以由纤维增强复合材料(FRP)制成。针对不同的需求，前面板可以是FRP板也可以是FRP夹芯板。由于FRP具有质轻、高强、耐久性好和可设计性强等优点，因此可以根据实际应用场景选择不同的FRP来制作上述的前面板。如果使用上述FRP制作所述前面板，则该前面板可以通过基体、纤维或夹芯的断裂来耗能，从而可以增加组合板的抗冲击能力。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述后面板可以由钢材等高强度、高刚度材料制成，从而可以确保该后面板在冲击作用下不会断裂，而且也可以通过自身的变形吸收一部分冲击能量，从而可以进一步增加组合板的抗冲击能力。

在本发明的技术方案中，上述复合材料滑出体耗能组合板的主要耗能机制为：

1、断裂耗能：组合板在受冲击过程中断裂耗能存在于各个部分，如前面板可能产生断裂进行耗能，滑出体也可能产生裂缝进行耗能，后面板也会产生裂缝进行耗能。

2、运动耗能：是组合板耗能最核心的部分，滑出体在受到冲击后，吸收了冲击能量并将之转化为动能，通过运动带走冲击能量。

3、变形耗能：变形夹芯在冲击力的作用下，由于受力发生变形，将能量转化为变形能，消耗冲击能量。

4、摩擦耗能：滑出体在运动过程中，其接触面分别与前面板和变形夹芯互相摩擦，通过摩擦消耗能量。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于复合材料滑出体耗能组合板包括：前面板、后面板、变形夹芯和滑出体，可以充分利用FRP的可设计性强、制备方法多样以及高强等特性，设计构造出不同的结构形式，形成相应的复合材料滑出体耗能组合板。该复合材料滑出体耗能组合板的各个组成部分除了能够抵抗冲击作用下产生的应力，同时还可以利用组合板中可以运动的部分产生的运动转换并消耗能量，结合可以产生较大变形的变形夹芯的大变形进行耗能，以达到组合耗能的目的，从而可以更好地抵抗外界的冲击作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种复合材料滑出体耗能组合板，其特征在于，该复合材料滑出体耗能组合板包括：前面板、后面板、变形夹芯以及一个或多个滑出体；

所述变形夹芯的底部与后面板固定连接；所述变形夹芯的顶部与前面板固定连接；

所述滑出体设置在所述变形夹芯的侧面；所述滑出体中设置有填充腔；所述填充腔用于填充预设的填充材料；

所述变形夹芯和滑出体的形状为三棱柱；

所述滑出体的一个侧面与所述前面板的内壁抵接；所述滑出体的另一个侧面与所述变形夹芯的侧面抵接；

所述填充材料为液体、沙子、石块、水泥、金属或弹性材料；

所述滑出体的本体由芳纶纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料或轻木制成；

所述变形夹芯由橡胶或泡沫制成；

所述前面板由纤维增强复合材料制成；

所述后面板由钢材制成。

2.根据权利要求1所述的复合材料滑出体耗能组合板，其特征在于：

所述变形夹芯替代为由上夹芯和下夹芯组成；

所述上夹芯和下夹芯的形状均为三棱柱；所述上夹芯的底部与前面板固定连接；所述上夹芯的顶部与所述下夹芯的顶部固定连接；所述下夹芯的底部与后面板固定连接；

所述滑出体的形状为三棱柱；

所述滑出体的一个侧面与所述上夹芯的一个侧面抵接；所述滑出体的另一个侧面与所述下夹芯的一个侧面抵接。

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