CN107165977A - 一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，基板上开设有微孔，第一壳体、第二壳体分别与基板两侧封闭连接形成第一流体腔、第二流体腔，第一流体腔、第二流体腔通过微孔连通，第三壳体罩设于第二壳体之上并与基板封闭连接，第三壳体与第二壳体之间形成腔室；第一流体腔、第二流体腔内填充有纳米多孔材料分散于油基溶液中形成的纳米流体，第一壳体、第二壳体为具有弹性的高分子材料，基板、第三壳体为金属材料。该吸能装置将不同的吸能方式进行组合，吸能效果具有多重性；吸能装置具有足够的耐用性，在受到多次冲击后，其吸能效果不会降低，适用于对不同工业设备吸能；吸能装置可制成不同的形状和规格，材料成本低，重量轻。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸能装置，具体涉及一种微孔阻流式流体缓冲吸能装置。
背景技术
在工业生产中，很多机械设备在运行过程中会产生振动和冲击。这些振动和冲击不仅影响了机械设备工作的精度，严重地还会对机械设备造成损伤。因此，需要在承受冲击的部位布置吸能装置。
减震垫、弹簧、板簧、碟簧或其他多孔结构是工业生产中常见的吸能装置或结构。而在能源动力、船舶以及汽车制造等领域，研究人员多使用蜂窝夹芯结构来吸收冲击所带来的能量，从而达到保护目标设备的目的。这种蜂窝夹芯结构在受到大冲击的时候会发生坍塌破碎，不能自动恢复成原状态。
当这种蜂窝夹芯结构受到多次冲击后，内部结构将会彻底失效，从而失去减振吸能的效果。在多次冲击后，轻者该蜂窝夹芯结构破损失效，重者会导致工业设备受到严重冲击而引发生产事故，给国家和人民造成巨大损失。
为了提高吸能装置的吸能效率，必须要探讨新的吸能装置。新的吸能装置应该具有多重吸能途径，采用不同的吸能方式组合吸能，提高吸能的高效性和对不同工业设备吸能的适应性，还应该具有足够的耐用性，在受到多次冲击后，其吸能效果不会降低。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有多种吸能方式、耐用性高的新型吸能装置，吸能效果显著，能够有效吸收冲击条件下产生的能量。
技术方案：一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，包括基板、第一壳体、第二壳体、第三壳体，所述基板上开设有微孔，所述第一壳体、第二壳体分别与所述基板两侧封闭连接形成第一流体腔、第二流体腔，所述第一流体腔、第二流体腔通过所述微孔连通，所述第三壳体罩设于所述第二壳体之上并与所述基板封闭连接，所述第三壳体与所述第二壳体之间形成腔室；
所述第一流体腔、第二流体腔内填充有纳米多孔材料分散于油基溶液中形成的纳米流体，所述第一壳体、第二壳体为具有弹性的高分子材料，所述基板、第三壳体为金属材料。
本吸能装置的原理是：当吸能装置遭受较小外力冲击时，将主要采用第一级吸能方式，第一壳体受到冲击，纳米流体会从第一流体腔通过微孔流向第二流体腔，在流动过程中，微孔会对纳米流体产生阻力作用，从而有助于吸收冲击能量，此外，第二流体腔会随着纳米流体的流入而逐渐增大，从而使第二外壳发生弹性变形，这种弹性变形也有助于吸收冲击能，而第一外壳也会发生弹性变形吸收冲击能；当吸能装置遭受较大外力冲击时，将使用第二级吸能方式，此时第二壳体的变形膨胀受到第三壳体形成的腔室的限制，第二流体腔已扩大至最大容积，第二外壳接触第三外壳，第二流体腔已无法继续扩大，在冲击的作用下，纳米流体的油基溶液将会进一步渗入到纳米多孔材料中，而渗入过程需要外界做功，从而吸收大部分冲击能量。
进一步的，所述第一壳体、第二壳体为高分子改性橡胶或纤维增强橡胶，第一壳体、第二壳体根据受力需要具备形变能力；所述基板、第三壳体为钛合金、镁合金或铝合金，第三壳体需要对第二壳体的形变起到限制作用。
进一步的，所述第一流体腔的容积大于所述第二流体腔的容积。
进一步的，所述第二壳体的厚度是所述第一壳体的厚度的2-4倍，使第二壳体具备纳米流体流入第二流体腔的而发生膨胀变形的承受能力。
进一步的，所述纳米多孔材料为多孔纳米管、沸石或多孔硅土。
最佳的，所述纳米流体的填充量至少为所述第一流体腔的容积的50％。
最佳的，所述第一壳体、第三壳体为半圆形。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：该吸能装置将不同的吸能方式进行组合，具有两种缓冲吸能方式，吸能效果具有多重性；吸能装置具有足够的耐用性，在受到多次冲击后，其吸能效果不会降低，可有效提高吸能效率，适用于对不同工业设备吸能；该吸能装置可制成不同的形状和规格，材料成本低，且重量相对较轻，适合大规模生产和应用，具有良好的经济性。
附图说明
图1为本发明吸能装置结构示意图；
图2为本发明吸能装置遭受较大冲击时的使用状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，如附图1所示，包括基板1、第一壳体2、第二壳体3、第三壳体4，基板1上开设有微孔11，第一壳体2、第二壳体3分别位于基板1两侧，并与基板1封闭连接，各自将微孔11包覆在内，第一壳体2与基板1之间形成了第一流体腔5，第二壳体3与基板1之间形成了第二流体腔6，第一流体腔5、第二流体腔6之间通过微孔11形成连通，第三壳体4与第二壳体3位于基板1的同侧，第三壳体4罩设于第二壳体3之上并与基板1封闭连接，第三壳体4与第二壳体3之间形成了腔室7。
第一壳体2、第二壳体3是具有弹性的高分子材料，具体来说可以是高分子改性橡胶或纤维增强橡胶。基板1、第三壳体4是金属材料，具体来说可以是钛合金、镁合金或铝合金。各种材料成本低，且重量相对较轻。第一壳体2、第二壳体3、第三壳体4的形状不受限制，可以是图中所示的半圆形、弧形等规则形状。初始未遭受外力冲击时，第一流体腔5的容积大于第二流体腔6的容积。
第一流体腔5、第二流体腔6内填充有纳米流体8，该纳米流体是由纳米多孔材料分散于油基溶液中形成的，纳米多孔材料可以是多孔纳米管、沸石或多孔硅土。纳米流体的填充量不受限制，但是为了达到一定的或预期的吸能目的，其应具有一定的填充量，最好是至少为第一流体腔5的容积的50％。
当吸能装置遭受较小外力冲击时，将主要采用第一级吸能方式，第一壳体受到冲击，纳米流体会从第一流体腔通过微孔流向第二流体腔，在流动过程中，微孔会对纳米流体产生阻力作用，从而有助于吸收冲击能量，此外，第二流体腔会随着纳米流体的流入而逐渐增大，从而使第二外壳发生弹性变形，这种弹性变形也有助于吸收冲击能，而第一外壳也会发生弹性变形吸收冲击能。
如附图2所示，当吸能装置遭受较大外力冲击时，将使用第二级吸能方式，此时第二壳体的变形膨胀受到第三壳体形成的腔室的限制，第二流体腔已扩大至最大容积，第二外壳接触第三外壳，第二流体腔已无法继续扩大，在冲击的作用下，纳米流体的油基溶液将会进一步渗入到纳米多孔材料中，而渗入过程需要外界做功，从而吸收大部分冲击能量。
由于第二壳体会发生较大的变形，因此其需要具有一定的厚度，第二壳体的厚度最好是第一壳体的厚度的2-4倍。
本发明吸能装置在吸能时的功能关系可以用如下公式表示：
E＝E1+E2+E3+E4
其中E为总吸能，E1为微孔阻流吸能，E2为第一外壳的弹性变形吸能，E3为第二外壳的弹性变形吸能，E4为油基溶液渗入纳米多孔材料吸能。
由此可以看出，该吸能装置具有多种吸能效果，吸能效果显著，同时该吸能装置能够重复使用，在多次冲击情况下，也有良好的吸能效果，在工业领域内具有较强的适应性，应用前景广阔。
Claims (7)
1.一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：包括基板(1)、第一壳体(2)、第二壳体(3)、第三壳体(4)，所述基板(1)上开设有微孔(11)，所述第一壳体(2)、第二壳体(3)分别与所述基板(1)两侧封闭连接形成第一流体腔(5)、第二流体腔(6)，所述第一流体腔(5)、第二流体腔(6)通过所述微孔(11)连通，所述第三壳体(4)罩设于所述第二壳体(3)之上并与所述基板(1)封闭连接，所述第三壳体(4)与所述第二壳体(3)之间形成腔室(7)；
所述第一流体腔(5)、第二流体腔(6)内填充有纳米多孔材料分散于油基溶液中形成的纳米流体(8)，所述第一壳体(2)、第二壳体(3)为具有弹性的高分子材料，所述基板(1)、第三壳体(4)为金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：所述第一壳体(2)、第二壳体(3)为高分子改性橡胶或纤维增强橡胶；所述基板(1)、第三壳体(4)为钛合金、镁合金或铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：所述第一流体腔(5)的容积大于所述第二流体腔(6)的容积。
4.根据权利要求1所述的一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：所述第二壳体(3)的厚度是所述第一壳体(2)的厚度的2-4倍。
5.根据权利要求1所述的一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：所述纳米多孔材料为多孔纳米管、沸石或多孔硅土。
6.根据权利要求1所述的一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：所述纳米流体(8)的填充量至少为所述第一流体腔(5)的容积的50％。
7.根据权利要求1所述的一种微孔阻流式纳米流体二级缓冲吸能装置，其特征在于：所述第一壳体(2)、第三壳体(4)为半圆形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170915 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |