本發(fā)明涉及一種基于納米流體材料的防撞裝置，屬于新型工程結(jié)構(gòu)防撞裝置。

背景技術(shù)：

1、近些年，陸運及海運等交通運輸業(yè)在世界范圍快速發(fā)展，導致工程結(jié)構(gòu)受車撞或船撞等事故的發(fā)生頻率隨之明顯上升，所以研發(fā)新型防撞裝置以提高工程結(jié)構(gòu)的抗撞性能具有重要的經(jīng)濟和社會價值。

2、傳統(tǒng)的防撞裝置通常采用橡膠材料制造，雖然能夠起到緩沖效果，但橡膠材料的沖擊防護能力是相對固定的，當出現(xiàn)超設計工況的突發(fā)事件時，傳統(tǒng)基于橡膠材料的防撞裝置很可能會因自身能力不足而無法對主體結(jié)構(gòu)進行有效防護。而在設計工況下，由于橡膠材料的耗能能力較為有限，所以撞擊或沖擊過程中的能量最終主要還是需要通過車輛、船舶等交通工具以及被撞的工程結(jié)構(gòu)來吸收和耗散，雖然通過合理設計可以避免被撞工程結(jié)構(gòu)的損毀，但容易造成人員財產(chǎn)損失，同時不可避免還會給被撞的工程結(jié)構(gòu)帶來內(nèi)在損傷，而長期的損傷累積會嚴重影響工程結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及耐久性。

3、納米流體是一種新型的高效率吸能、耗能材料，具有撞擊速度越快耗能效率越高且撞擊后能夠自動恢復至初始狀態(tài)、基本無殘余變形等突出特點，如圖1所示，因而是制造防撞裝置的理想材料，應用于實際工程中不僅能夠有效吸收沖擊能量同時還具有“遇弱則弱、遇強更強”的技術(shù)優(yōu)勢，從而能夠兼顧低速撞擊和高速沖擊等不同工況，進而起到更全面、更有效的防護作用。但是，納米流體材料只有在受壓時才能夠發(fā)揮吸能和耗能作用，不具備受拉能力，而實際工程中，受撞擊位置和撞擊角度等因素影響，很難保證防撞裝置只發(fā)生壓縮變形而完全不發(fā)生拉伸變形。

4、因而有必要提出一種新型的防撞裝置，實現(xiàn)不論防撞裝置受撞擊角度和撞擊位置變化影響而發(fā)生壓縮或拉伸變形，其內(nèi)部的納米流體材料始終都能夠處于受壓狀態(tài)，從而使納米流體材料的高效吸能、耗能特性能夠得到充分利用，進而提升工程結(jié)構(gòu)的抗撞性能和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了使納米流體材料的吸能、耗能特性能夠得到充分利用進而有效提升主體結(jié)構(gòu)的抗撞性能，提出一種基于納米流體材料的新型防撞裝置，該裝置基于新型納米流體材料制造，具有撞擊速度越快耗能效果越好以及撞擊后無殘余變形、可重復使用等技術(shù)優(yōu)勢，應用在工程結(jié)構(gòu)中不僅能夠有效減輕撞擊危害，同時還具有較低的檢修和維護成本。

2、本發(fā)明的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特殊之處在于包括納米流體阻尼器、萬向鉸支座、面板機構(gòu)，納米流體阻尼器安裝于萬向鉸支座與面板機構(gòu)之間，萬向鉸支座固定于主體結(jié)構(gòu)上，萬向鉸支座與面板機構(gòu)之間通過多個硬彈簧相連接，納米流體阻尼器包括內(nèi)裝納米流體材料的缸筒，缸筒通過活塞組件行密封，缸筒外部設置有能使缸筒內(nèi)的納米流體材料始終處于受壓狀態(tài)的吸耗能組件；

3、優(yōu)選的，所述活塞組件包括對缸筒進行密封的活塞，活塞上固定有活塞桿，活塞桿上固定有承壓板及能進出缸筒的限位板；

4、優(yōu)選的，所述吸耗能組件包括第一門形件、第二門形件，二者沿著活塞桿軸向方向兩端相向插裝于缸筒外部，其中，第一門形件一端套設于活塞桿上，通過限位板對該端進行限位，第一門形件另一端沿著活塞桿軸向方向向萬向鉸支座方向延伸，末端連接有推桿組件，推桿組件上設有推頭，第二門形件一端緊貼缸筒的筒底并且開設有用于穿過推頭的通孔，另一端沿著活塞桿軸向方向向面板機構(gòu)方向延伸，末端通過第一端板安裝于面板機構(gòu)上；

5、優(yōu)選的，所述第一門形件包括兩個l形構(gòu)件，兩個l形構(gòu)件對中焊接為一體后形成第一門形件，兩個l形構(gòu)件對中焊接處分別開設有半圓缺口，兩個半圓缺口對接后形成用于穿過活塞桿的圓孔，圓孔直徑小于限位板的直徑；

6、優(yōu)選的，所述l形構(gòu)件是將第一側(cè)板和中間開有半圓缺口的第四端板焊接成的l形構(gòu)件；

7、優(yōu)選的，所述推桿組件包括固定于第一門形件一端的第二端板，導桿穿過第二端板并固定于第二端板上，推頭固定于導桿上，導桿一端固定于第二面板上；

8、優(yōu)選的，所述第二門形件包括兩個蓋板及一個第三端板，三者焊接為一體后形成第二門形件，通孔開設于第三端板上；

9、優(yōu)選的，所述第二端板和第三端板之間的凈距離與第四端板和承壓板之間的凈距離相同，均為δ1，δ1為防撞裝置最大設計容許撞深；第四端板與缸筒壁緣之間的凈距離δ2不小于δ1。

10、優(yōu)選的，所述萬向鉸支座包括錨固于主體結(jié)構(gòu)上的底板，底板上安裝有萬向鉸底座，萬向鉸的圓形鉸頭嵌設于萬向鉸底座內(nèi)，與圓形鉸頭一體結(jié)構(gòu)的萬向鉸鉸軸一端連接第一面板，第一面板與第二面板相連接；

11、優(yōu)選的，所述面板機構(gòu)包括與納米流體阻尼器相連接的第三面板，第三面板外表面的橡膠面層。

12、本發(fā)明的一種基于納米流體材料的防撞裝置，結(jié)構(gòu)設計合理，有益效果如下：

13、(1)不論防撞裝置發(fā)生拉伸還是壓縮變形，缸筒內(nèi)的納米流體材料始終處于受壓狀態(tài)，避免了納米流體材料受拉情況的出現(xiàn)，能夠?qū)⒓{米流體材料的吸能和耗能特性進行充分利用，從而使防撞裝置在不同撞擊角度和撞擊速度下都能夠可靠工作，具有耗能效率高、適用范圍廣、穩(wěn)定性好等技術(shù)優(yōu)勢，進而能夠顯著提升工程結(jié)構(gòu)的抗撞性能。

14、(2)撞擊發(fā)生后，施撞體和被撞體的動力響應與二者之間的相對剛度密切相關(guān)，本發(fā)明所提的新型防撞裝置可以根據(jù)設計需要，通過改變硬連接彈簧的個數(shù)和剛度，靈活調(diào)整自身剛度，設計靈活性高，能夠滿足不同應用場景和工況的設計需求。

15、(3)該防撞裝置中各部件均采用螺栓裝配成型，實際使用過程中各部件可以靈活拆卸和更換，便于檢修和維護，運維成本低。

16、(4)該防撞裝置不僅能夠用于新建工程結(jié)構(gòu)，還可以通過焊接或者植入錨栓等方法對既有工程結(jié)構(gòu)進行抗撞防護和加固，具有廣闊的應用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于包括納米流體阻尼器、萬向鉸支座、面板機構(gòu)，納米流體阻尼器安裝于萬向鉸支座與面板機構(gòu)之間，萬向鉸支座固定于主體結(jié)構(gòu)上，萬向鉸支座與面板機構(gòu)之間通過多個硬彈簧相連接，納米流體阻尼器包括內(nèi)裝納米流體材料的缸筒，缸筒通過活塞組件行密封，缸筒外部設置有能在防撞裝置發(fā)生形變時，缸筒內(nèi)的納米流體材料始終處于受壓狀態(tài)的吸耗能組件。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述活塞組件包括對缸筒進行密封的活塞，活塞上固定有活塞桿，活塞桿上固定有承壓板及能進出缸筒的限位板。

3.按照權(quán)利要求2所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述吸耗能組件包括第一門形件、第二門形件，二者沿著活塞桿軸向方向兩端相向插裝于缸筒外部，其中，第一門形件一端套設于活塞桿上，通過限位板對該端進行限位，第一門形件另一端沿著活塞桿軸向方向向萬向鉸支座方向延伸，末端連接有推桿組件，推桿組件上設有推頭，第二門形件一端緊貼缸筒的筒底并且開設有用于穿過推頭的通孔，另一端沿著活塞桿軸向方向向面板機構(gòu)方向延伸，末端通過第一端板安裝于面板機構(gòu)上。

4.按照權(quán)利要求3所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述第一門形件包括兩個l形構(gòu)件，兩個l形構(gòu)件對中焊接為一體后形成第一門形件，兩個l形構(gòu)件對中焊接處分別開設有半圓缺口，兩個半圓缺口對接后形成用于穿過活塞桿的圓孔，圓孔直徑小于限位板的直徑。

5.按照權(quán)利要求4所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述l形構(gòu)件是將第一側(cè)板和中間開有半圓缺口的第四端板焊接成的l形構(gòu)件。

6.按照權(quán)利要求5所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述推桿組件包括固定于第一門形件一端的第二端板，導桿穿過第二端板并固定于第二端板上，推頭固定于導桿上，導桿一端固定于第二面板上。

7.按照權(quán)利要求6所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述第二門形件包括兩個蓋板及一個第三端板，三者焊接為一體后形成第二門形件，通孔開設于第三端板上。

8.按照權(quán)利要求7所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述第二端板和第三端板之間的凈距離與第四端板和承壓板之間的凈距離相同，均為δ1，δ1為防撞裝置最大設計容許撞深；第四端板與缸筒壁緣之間的凈距離為δ2，δ2不小于δ1。

9.按照權(quán)利要求6所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述萬向鉸支座包括錨固于主體結(jié)構(gòu)上的底板，底板上安裝有萬向鉸底座，萬向鉸的圓形鉸頭嵌設于萬向鉸底座內(nèi)，與圓形鉸頭一體結(jié)構(gòu)的萬向鉸鉸軸一端連接第一面板，第一面板與第二面板相連接。

10.按照權(quán)利要求1所述的一種基于納米流體材料的防撞裝置，其特征在于所述面板機構(gòu)包括與納米流體阻尼器相連接的第三面板，第三面板外表面的橡膠面層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于納米流體材料的防撞裝置，屬于新型工程結(jié)構(gòu)防撞裝置技術(shù)領(lǐng)域。包括納米流體阻尼器、萬向鉸支座、面板機構(gòu)，納米流體阻尼器安裝于萬向鉸支座與面板機構(gòu)之間，萬向鉸支座固定于主體結(jié)構(gòu)上，萬向鉸支座與面板機構(gòu)之間通過多個硬彈簧相連接，納米流體阻尼器包括內(nèi)裝納米流體材料的缸筒，缸筒通過活塞組件行密封，缸筒外部設置有能在防撞裝置發(fā)生形變時，缸筒內(nèi)的納米流體材料始終處于受壓狀態(tài)的吸耗能組件。本發(fā)明基于新型納米流體材料制造，具有撞擊速度越快耗能效果越好以及撞擊后無殘余變形、可重復使用等技術(shù)優(yōu)勢，應用在工程結(jié)構(gòu)中不僅能夠有效減輕撞擊危害，同時還具有較低的檢修和維護成本。

技術(shù)研發(fā)人員：李偉,姜爽,張紀剛,曲慧,楊乾福,孫岳霆,蘇雷
受保護的技術(shù)使用者：煙臺大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22