来自德克萨斯大学奥斯汀分校Cockrell工程学院的研究人员们,开发出一种突破性的新型能量吸收结构,可以更好地抵御剧烈的和冲击性影响。这项技术称为负刚度(NS)蜂窝体,可以被集成到汽车保险杠,军事和运动头盔等保护性硬件上。
该技术可以对未来车辆的安全性的设计和生产,以及军事装备安全性的提高产生重大影响。
新的负刚度蜂窝结构,能够为多重冲击提供重复性保护,提供比现有蜂窝技术更好的耐久性,范围从汽车到飞机相关产品。这个德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队的研究结果,在线发表在5月的《Integrated Materials and Manufacturing Innovation 》杂志上。
“无论你是为我们的国家服役,或在玩一个大型游戏,或只是开车、骑车上班,随着时间的推移,都会有多次碰撞或撞击的或大或小的潜在可能性,机械工程教授Carolyn Conner Seepersad说。 “我们相信这项技术,可以用在今后的头盔和保险杠构造,以减少甚至避免许多我们今天看到的钝力伤”。Seepersad与德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家Michael Haberman一起领导这个项目。
传统的蜂窝结构是重复的岛状面板,往往是六边形状细胞的尺寸和构型。这些蜂窝结构的缺点是,由于该材料的塑性屈曲,它们在一次冲击后就会失去充分的保护性能。这意味着吸收一个压缩力后,它们无法返回到其原来的形状。
而相对的,这种新型负刚蜂窝受一个冲击后会反弹回来。
研究人员设计了一个几何结构单元,使其能够弹性屈曲,负刚蜂窝状结构抵御冲击后会恢复其能量吸收形状和属性。
单元的尺寸可以被定制,以经受不同大小的力,进而转换为各种各种的应用。例如,当前的3.5英寸的实验室样机,具有200牛顿的阈值受力水平,即能够在0.03秒里吸收飞来的速度达每小时一百英里的球的能量。
研究人员制造的3.5英寸的负刚蜂窝结构,以及微型负刚蜂窝孔格,都是利用尼龙和选择性激光烧结制备。(负刚蜂窝可以使用各种材料来制备,以适应不同的应用产品。)其中设计和制造都在德克萨斯大学奥斯汀分校完成,后续的定制压缩和跌落试验已经证实,负刚蜂窝结构具有预期的能量吸收行为和韧性。
在2014年,研究小组获得了来自美国国防部门的小企业创新研究资助。这项资金,以及与海上应用物理公司(这是一家与美国的军事合作伙伴频繁的工程公司)的合作,帮助支持蜂窝负刚技术的进步。
评估的下一阶段将包括弹道测试。研究人员还会建造增强作战头盔与集成负刚蜂巢单元,将在今年秋季完成实验室原型。
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