以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构

1.本发明涉及防护装备技术领域，尤其是涉及一种以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构。

背景技术：

2.机动作战、立体攻防的战略要求对军事装备的机动能力和防护能力提出了更高的要求。现代化战争条件下，装甲车辆的快速部署和战略转移能力显得尤为重要，机动能力面临严峻考验。但是，具有较强机动能力的同时，不能忽略防护能力的重要性。现代化战争中，弹药和破片的杀伤能力不断提升，提高装甲车辆的防护能力迫在眉睫。综合上述情况，要求装甲车辆既要有良好的机动性能，同时具备较强的防护性能。
3.基于传统防护结构和材料，要提升防护能力需要增加其厚度，但是厚度增加会带来质量增加，不符合轻量化发展要求。新材料是发展高性能装甲的物质基础，新型结构设计是提高装甲防护能力的重要手段。二者有效结合成为提高装甲防护性能的重要方法。
4.传统防护材料的抗弹机制，例如陶瓷，金属合金和纤维复合材料等都是通过自身的变形破坏吸收能量，导致装甲结构的损伤严重，不利于抵抗多次打击。金属橡胶材料作为一种结构材料，具有良好的吸能减震性能，极大地耗散冲击能量。金属橡胶材料用于装甲结构中可以减小结构整体的损伤程度，在抗弹方面具有很好的应用前景。金属橡胶材料质地软，虽然在减小装甲损伤程度方面发挥重要作用，但是对提高装甲的抗侵彻能力作用不明显。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，通过对金属橡胶进行结构设计，实现多维约束，在减小装甲损伤和提高抗侵彻能力方面都发挥重要作用。
6.本发明提供一种以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，包括防护结构本体，所述防护结构本体包括依次排列的缠结金属丝材料外层、缠结金属丝材料中层和缠结金属丝材料内层，所述缠结金属丝材料外层与所述缠结金属丝材料中层之间和所述缠结金属丝材料中层与所述缠结金属丝材料内层之间均设有缠结金属丝层间固定结构，所述防护结构本体外侧设有周向固定结构，所述周向固定结构外侧设有封装外壳。
7.优选地，所述缠结金属丝材料外层由四个底面朝上的五面体缠结金属丝材料拼接而成。
8.优选地，四个所述五面体缠结金属丝材料的底面处于同一水平面且拼接为田字形。
9.优选地，所述缠结金属丝材料内层由九个底面朝下的五面体缠结金属丝材料拼接而成。
10.优选地，九个所述五面体缠结金属丝材料的底面处于同一水平面且为三横三竖的
排列方式。
11.优选地，所述五面体缠结金属丝材料的底面均为正方形。
12.优选地，所述缠结金属丝材料中层由12个四面体缠结金属丝材料拼接而成，所述四面体缠结金属丝材料用于填充所述缠结金属丝材料外层与所述缠结金属丝材料内层的空隙。具体地，上述金属丝缠绕材料由304奥氏体不锈钢丝经编织、缠绕、冲压而成。
13.优选地，所述缠结金属丝材料层间固定结构是缠结金属丝材料外层与缠结金属丝材料中层拼接、缠结金属丝材料中层与缠结金属丝材料内层拼接接触面的间隙处的金属板。具体地，金属板为铝合金材质。
14.优选地，所述周向固定结构是四周用四个铝合金块填充，形成规则的长方体。
15.优选地，所述封装外壳设在所述防护结构本体的六个面，周围四个面设有螺纹孔，用于固定内部结构，所述封装外壳为钛合金制作而成。
16.有益效果：
17.封装外壳为钛合金，内部金属丝缠绕材料为不锈钢、层间固定结构为铝合金。三种材料在结构上形成复合结构，受到冲击时，应力波或者弹体在不同材料间发生多次反射和透射作用，极大程度的消耗的能量，实现抗冲击目的。这种机制等同于复合装甲的抗侵彻机理。
18.采用多个不同形状的缠结金属丝材料拼接结构，能够有效分散受到的冲击能量，使得冲击能量不是特别集中。此外，在内部结构外加上钛合金封装结构，对内部结构产生约束作用，减小受到冲击时内部结构产生变形，提高防护性能，也能增强上述的分散冲击能量效应。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明中防护结构本体拆解示意图；
21.图2为本发明中防护结构本体的底部视角拆解示意图；
22.图3为本发明中防护结构本体拼接之后的示意图；
23.图4为本发明中防护结构本体和周向固定结构位置关系示意图；
24.图5为本发明中防护结构的整体示意图。
25.附图标记说明：1-防护结构本体、2-缠结金属丝材料外层、3-缠结金属丝材料中层、4-缠结金属丝材料内层、5-缠结金属丝材料层间固定结构、6-周向固定结构、7-封装外壳、8-螺纹孔。
具体实施方式
26.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.实施例1
30.一种以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，如图1-5所示，包括防护结构本体1，防护结构本体1包括依次排列的缠结金属丝材料外层2、缠结金属丝材料中层3和缠结金属丝材料内层4，缠结金属丝材料外层2与缠结金属丝材料中层3之间和缠结金属丝材料中层3与缠结金属丝材料内层4之间均设有缠结金属丝层间固定结构5，防护结构本体1外侧设有周向固定结构6，周向固定结构6外侧设有封装外壳7。
31.金属橡胶(即本发明中提到的缠结金属丝材料)是一种均质的弹性多孔物质，是用一定的工艺方法，将一定质量的、拉伸开的、螺旋状态的金属丝有序地排放在冲压(或碾压)模具中，然后用冷冲压方法而成型的。它的原材料是金属丝，既具有所选金属固有的特性，又具有像橡胶一样的弹性，故因此得名。本发明中金属丝缠绕材料由304奥氏体不锈钢金属丝编织、缠绕、冲压而成，丝径0.15mm。
32.缠结金属丝材料外层2由四个底面朝上的五面体缠结金属丝材料拼接而成，五面体金属丝缠绕材料外层2斜边边长43.08mm，五面体缠结金属丝材料的底面均为正方形，底边边长42.3mm；四个五面体缠结金属丝材料的底面处于同一水平面且拼接为田字形。
33.缠结金属丝材料内层4由九个底面朝下的五面体缠结金属丝材料拼接而成，内层的五面体缠结金属丝材料的尺寸同上述五面体金属丝缠绕材料外层；九个五面体缠结金属丝材料的底面处于同一水平面且为三横三竖的排列方式。
34.缠结金属丝材料中层3由12个四面体缠结金属丝材料拼接而成，四面体缠结金属丝材料用于填充缠结金属丝材料外层2与缠结金属丝材料内层4的空隙。中层的四面体金属丝缠绕材料一个面为正三角形，边长42mm，剩下所有边长为40.95mm。
35.缠结金属丝材料层间固定结构5是缠结金属丝材料外层2与缠结金属丝材料中层3拼接、缠结金属丝材料中层3与缠结金属丝材料内层4拼接接触面的间隙处的金属板，金属板采用铝合金制成，厚度0.4mm。通过金属丝缠绕材料和层间固定结构5的波阻抗不匹配效应，可以提升抗弹性能。
36.如图4所示，周向固定结构6是四周用四个铝合金块填充，为四块铝合金拼接而成，形成规则的长方体，以保证后续进行外壳封装时周边受力均匀。
37.封装结构7为钛合金，螺纹加工形式如图5所示，其中相对的面的螺纹排布相同，内六角螺纹尺寸m5x15。通过对内部结构进行封装，进一步提升吸能性能和抗弹性能。封装外壳为钛合金制作而成，周围四个面加工螺纹孔，采用螺栓将相对的螺纹孔连接起来，用于固定内部结构。注：为了清晰展示，没有显示面板的封装外壳，图中的正上方也封装上了钛合金外壳。本发明的复合防护结构主要用于装甲车上的装甲防弹结构。
38.本发明抗冲击原理分为两部分：
39.1、封装外壳为钛合金，内部金属丝缠绕材料为不锈钢、层间固定结构为铝合金。三种材料在结构上形成复合结构，受到冲击时，应力波或者弹体在不同材料间发生多次反射和透射作用，极大程度的消耗的能量，实现抗冲击目的。这种机制等同于复合装甲的抗侵彻机理。
40.2、采用多个不同形状的缠结金属丝材料拼接结构，能够有效分散受到的冲击能量，使得冲击能量不是特别集中。此外，在内部结构外加上钛合金封装结构，对内部结构产生约束作用，减小受到冲击时内部结构产生变形，提高防护性能，也能增强上述的分散冲击能量效应。
41.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，包括防护结构本体，所述防护结构本体包括依次排列的缠结金属丝材料外层、缠结金属丝材料中层和缠结金属丝材料内层，所述缠结金属丝材料外层与所述缠结金属丝材料中层之间和所述缠结金属丝材料中层与所述缠结金属丝材料内层之间均设有缠结金属丝层间固定结构，所述防护结构本体外侧设有周向固定结构，所述周向固定结构外侧设有封装外壳。2.根据权利要求1所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述缠结金属丝材料外层由四个底面朝上的五面体缠结金属丝材料拼接而成。3.根据权利要求2所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，四个所述五面体缠结金属丝材料的底面处于同一水平面且拼接为田字形。4.根据权利要求3所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述缠结金属丝材料内层由九个底面朝下的五面体缠结金属丝材料拼接而成。5.根据权利要求4所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，九个所述五面体缠结金属丝材料的底面处于同一水平面且为三横三竖的排列方式。6.根据权利要求5所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述五面体缠结金属丝材料的底面均为正方形。7.根据权利要求6所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述缠结金属丝材料中层由12个四面体缠结金属丝材料拼接而成，所述四面体缠结金属丝材料用于填充所述缠结金属丝材料外层与所述缠结金属丝材料内层的空隙。8.根据权利要求7所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述缠结金属丝材料层间固定结构是缠结金属丝材料外层与缠结金属丝材料中层拼接、缠结金属丝材料中层与缠结金属丝材料内层拼接接触面的间隙处的金属板。9.根据权利要求1所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述周向固定结构是四周用四个铝合金块填充，形成规则的长方体。10.根据权利要求1所述的以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，其特征在于，所述封装外壳设在所述防护结构本体的六个面，周围四个面设有螺纹孔，用于固定内部结构。

技术总结

本发明涉及防护装备技术领域，尤其是涉及一种以缠结金属丝材料为抗冲击耗能介质的软硬复合防护结构，包括防护结构本体，所述防护结构本体包括依次排列的缠结金属丝材料外层、缠结金属丝材料中层和缠结金属丝材料内层，所述缠结金属丝材料外层与所述缠结金属丝材料中层之间和所述缠结金属丝材料中层与所述缠结金属丝材料内层之间均设有缠结金属丝层间固定结构，所述防护结构本体外侧设有周向固定结构，所述周向固定结构外侧设有封装外壳。本发明在减小装甲损伤和提高抗侵彻能力方面都发挥重要作用。发挥重要作用。发挥重要作用。