一种船舶用增强仿生吸能单元及吸能层

本发明涉及船舶防护结构，具体涉及一种船舶用增强仿生吸能单元及吸能层。

背景技术：

1、高强度和高刚度是船舶需要的结构性能，随着科技的不断发展，船舶防护结构设计愈发重要，防护结构既要能有效防御冲击碰撞，又要考虑排水量、机动性等因素，尽可能减轻其重量。目前，船舶防护结构已经由单一的船用钢材向轻型、非金属、多孔结构转变。

2、例如，申请号为cn201611019888.9复合材料负泊松比蜂窝隔振抗冲击装置，其中，包括复合材料面板、负泊松比蜂窝芯、外封板、内封板、底封板；负泊松比蜂窝芯的顶面贴合连接复合材料面板；负泊松比蜂窝芯的底面贴合连接底封板；负泊松比蜂窝芯的侧面贴合连接外封板；负泊松比蜂窝芯设置有通孔，通孔的孔壁贴合连接内封板。该装置可调节参数广，包括复合材料铺层方式，内外封板厚度，负泊松比蜂窝芯层数和角度等，抗冲击性能及低频隔振性能兼顾。然而由于负泊松比蜂窝结构在受到强冲击力作用时，结构可能发生形变、扭曲或失稳从而导致吸能能力减弱或完全无法承受冲击情况，此类蜂窝状结构仍然难以满足抗冲击碰撞等超大强度的吸能需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的蜂窝状结构难以满足抗冲击碰撞等超大强度的吸能需求的问题，提供一种船舶用增强仿生吸能单元及吸能层，通过设置的连接筋能够有效的提高外框的吸能能力，同时，通过设置的角隅增强环能够提高连接筋的抗变形性能，因此能够满足抗冲击碰撞等超大强度的吸能需求。

2、本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

3、一种船舶用增强仿生吸能单元，包括外框、连接筋和角隅增强环；所述连接筋沿径向内置于所述外框中，用以支撑外框；所述角隅增强环沿周向内置于所述外框中、并与所述连接筋连接。

4、上述方案中，所述连接筋包括多个连接板，多个所述连接板沿所述外框周向均匀分布，多个所述连接板靠近所述外框的中心部位的一侧固定连接，多个所述连接板远离所述外框的中心部位的一侧分别与所述外框的内壁固定连接。

5、上述方案中，所述外框为多边形框，多个所述连接板远离所述外框的中心部位的一侧分别与所述外框的多个内角处固定连接。

6、上述方案中，所述外框的中心部位设有一圆环，多个所述连接板靠近所述外框的中心部位的一侧分别与所述圆环固定连接。

7、上述方案中，所述角隅增强环为一个或多个，当角隅增强环数量为多个时，多个角隅增强环同轴布置于所述外框中。

8、上述方案中，所述角隅增强环与所述外框部分重合。

9、上述方案中，所述角隅增强环与所述外框的内壁之间抵接。

10、上述方案中，所述角隅增强环与所述外框的内壁之间间隔设置。

11、上述方案中，所述角隅增强环的半径与数量根据吸能要求进行选择：角隅增强环的半径越小，吸能单元的吸能能力越强；角隅增强环的数量越多，吸能单元的吸能能力越强。

12、相应的，本发明还提出一种船舶用增强仿生吸能层，包括多个上述的船舶用增强仿生吸能单元，多个所述船舶用增强仿生吸能单元沿受力方向以及垂直于受力方向呈矩阵阵列布置，相邻两个所述吸能单元之间固定连接。

13、本发明的有益效果在于：

14、本发明提出的船舶用增强仿生吸能单元，其外框为直接承受冲击力的结构，为提高外框的吸能能力，利用连接筋和角隅增强环来分解来自外框侧面承受的载荷，将载荷均匀分散至外框的两侧壁面及中心节点处，以达到各个壁面共同承载的目的，获得更好的承载力学性能。其中，连接筋为沿直线方向(径向)传递冲击力的结构，将冲击力均匀的传递至外框的不同部位，以提高外框的吸能能力；此外，通过连接筋120也同时将载荷传递给中心节点处，得到更好的吸能效果。角隅增强环为进一步增强该船舶用增强仿生吸能单元的吸能能力的结构，当外框受到冲击后，外框以及连接筋均会发生形变，通过设置的角隅增强环能够沿不同的方向吸收该载荷，提高连接筋和外框的抗形变能力。

15、因此，本发明提出的蜘蛛网形状的仿生吸能单元相比于现有技术，吸能能力更强，抗变形性能更强，能够满足抗冲击碰撞等超大强度的吸能需求。

技术特征：

1.一种船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，包括外框、连接筋和角隅增强环；所述连接筋沿径向内置于所述外框中，用以支撑外框；所述角隅增强环沿周向内置于所述外框中、并与所述连接筋连接。

2.根据权利要求1所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述连接筋包括多个连接板，多个所述连接板沿所述外框周向均匀分布，多个所述连接板靠近所述外框的中心部位的一侧固定连接，多个所述连接板远离所述外框的中心部位的一侧分别与所述外框的内壁固定连接。

3.根据权利要求2所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述外框为多边形框，多个所述连接板远离所述外框的中心部位的一侧分别与所述外框的多个内角处固定连接。

4.根据权利要求2所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述外框的中心部位设有一圆环，多个所述连接板靠近所述外框的中心部位的一侧分别与所述圆环固定连接。

5.根据权利要求1所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述角隅增强环为一个或多个，当角隅增强环数量为多个时，多个角隅增强环同轴布置于所述外框中。

6.根据权利要求1所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述角隅增强环与所述外框部分重合。

7.根据权利要求1所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述角隅增强环与所述外框的内壁之间抵接。

8.根据权利要求1所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述角隅增强环与所述外框的内壁之间间隔设置。

9.根据权利要求1所述的船舶用增强仿生吸能单元，其特征在于，所述角隅增强环的半径与数量根据吸能要求进行选择：角隅增强环的半径越小，吸能单元的吸能能力越强；角隅增强环的数量越多，吸能单元的吸能能力越强。

10.一种船舶用增强仿生吸能层，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一项所述的船舶用增强仿生吸能单元，多个所述船舶用增强仿生吸能单元沿受力方向以及垂直于受力方向呈矩阵阵列布置，相邻两个所述吸能单元之间固定连接。

技术总结
本发明涉及一种船舶用增强仿生吸能单元，包括外框、连接筋和角隅增强环；连接筋沿径向内置于外框中，用以支撑外框；角隅增强环沿周向内置于外框中、并与连接筋连接。本发明的外框为直接承受冲击力的结构，为提高外框的吸能能力，利用连接筋和角隅增强环来分解来自外框侧面承受的载荷，将载荷均匀分散至外框的两侧壁面及中心节点处，以达到各个壁面共同承载的目的，获得更好的承载力学性能。其中，连接筋为沿径向传递冲击力的结构，将冲击力均匀的传递至外框的不同部位，以提高外框的吸能能力。角隅增强环为进一步增强吸能能力的结构，通过设置的角隅增强环能够沿不同的方向吸收该载荷，提高连接筋和外框的抗形变能力。

技术研发人员：陈威,纪垚,李晓彬,施锐,王尔卓,刘俊豪,陈春阳,林浩明,李阳,黄芳晨
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24