(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059069.2 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中国工程物理研究院总体 工程研究 所 地址 621000 四川省绵阳市绵山路64 号 (72)发明人 何丽灵　陈新发　陈刚　万强　 张荣　郭虎　陈军红　刘波　 陈红永　黄鑫　尹昊　钟卫洲　 牛伟　胡杰　周继昆　张斌　 (74)专利代理 机构 成都时誉知识产权代理事务 所(普通合伙) 5125 0 专利代理师 司晓雨 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01)F16F 15/02(2006.01) F42D 5/045(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种适用 于有限空间的高过载缓冲装置及 设计方法 (57)摘要 本发明涉及高冲击缓冲防护技术， 具体公开 了一种适用于有 限空间的高过载缓冲装置及设 计方法， 包括开口薄壁管、 缓冲平台和搭载结构， 所述的搭载结构上设置有安装腔， 所述的开口薄 壁管设置在所述安装腔内， 所述的缓冲平台设置 在所述开口薄壁管内。 本发明的优点是开口薄壁 管扩径缓冲时， 扩径后占据的有效空间分布在径 向而非管轴向， 开口薄壁管小直段全长参与缓 冲， 占据的有效空间小， 适用于有限空间。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115481503 A 2022.12.16 CN 115481503 A 1.一种适用于有限空间的高过载缓冲装置， 所述缓冲装置设置在搭载结构(1)上， 其特 征在于： 所述缓冲装置包括开口薄壁管(2)、 缓冲平 台(4)， 所述的搭载结构(1)上设置有安 装腔(3)， 所述的开口薄壁管(2)设置在所述安装腔(3)内， 所述的缓冲平 台(4)设置在所述 开口薄壁管(2)内。 2.根据权利要求1所述的一种适用于有限空间的高过载缓冲装置， 其特征在于： 所述的 开口薄壁管(2)包括大径段(23)、 锥段(22)和小径段(21)， 所述的大径段(23)与小径段(21) 通过锥段(22)连接， 所述的缓冲平台(4)的上端为圆柱段(41)， 下端为锥形段(42)， 所述的 缓冲平台(4)的圆柱段(41)和锥形段(42)分别与开口薄壁管(2)的大径段(23)和锥段(22) 内壁贴合。 3.根据权利要求2所述的一种适用于有限空间的高过载缓冲装置， 其特征在于： 所述的 安装腔(3)为阶梯孔， 所述大径段(23)一端设置有 连接环(24)， 所述连接环(24)连接在安装 腔(3)的台阶上。 4.根据权利要求2所述的一种适用于有限空间的高过载缓冲装置， 其特征在于： 所述的 开口薄壁管(2)内壁及缓冲平台(4)的外壁上均匀涂抹界面润滑剂。 5.根据权利要求2所述的一种适用于有限空间的高过载缓冲装置， 其特征在于： 所述锥 段(22)的半锥角的角度≤15 °。 6.一种适用于有限空间的高过 载缓冲装置设计方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 依据缓冲防护目标的过 载幅值需求， 确定开口薄壁管(2)扩径的支反力F1需求范围； S2、 确定开口薄壁管(2)中锥段(22)的关键几何参数范围： 开口薄壁管(2)的壁厚δ要求 满足薄壁要求， 即δ≤0.1R1， 其中， R1为开口薄壁 管(2)大径段(23)内孔半径， 开口薄壁 管(2) 中锥段(2 2)的半锥角 α 要求满足α ≤15 °； S3、 依据开口薄壁管(2)的支反力需求， 确定开口薄壁管(2)的关键参数的关系， 开口薄 壁管(2)的支反力可表示 为： 其中， B＝2.3π ·σ2·(R2+δ/2)·δ， 支反力是开口薄壁管(2)的大径段(23)内孔半径R1、 小径段(21)的内孔半径R2、 开口薄壁管(2)的壁厚δ、 锥段(22)的半锥角 α， 缓冲平台(4)半径 为R1的圆柱段(41)长度l以及缓冲平台(4)与开口薄壁管(2)的界面动摩擦系数η 的函数， 开 口薄壁管(2)材料的强度σ2计及薄壁管扩径时的应变硬化与应变率强化效应， 具体函数形 式通过开口薄壁管材料的动态力学性能试验确定； 针对缓冲防护目标(5)的实际尺寸， 结合 步骤S1确定的支反力需求， 在步骤S2的参数约束下， 确定缓冲装置关键参数的多种组合； S4、 高过载环境下开口薄壁管(2)结构强度设计： 搭载结构(1)的高过载通过搭载结构 (1)的台阶传递给开口薄壁管(2)， 开口薄壁管(2)的结构强度设计联合考虑搭载结构(1)高 过载及缓冲扩径过程的影响， 考虑强度设计裕量； 在步骤S 3设计的多组参数 组合中， 确定同 时满足强度设计的参数组合， 维持 缓冲装置高过 载环境服役的结构稳定性； S5、 确定开口薄壁管(2)中小径段(21)的长度L： 开 口薄壁管(2)中小径段(21)的长度L 决定开口薄壁管(2)缓冲的总时长， 即缓冲有效时间T， 其要求满足以下关系：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115481503 A 2其中， v1为缓冲平台(4)沿开口薄壁管(2)轴向的运动速度； v2为搭载结构(1)沿开口薄 壁管(2)轴向的运动速度； S6、 评估缓冲装置缓冲完成后占据的体积增加量： 开口薄壁管(2)扩径缓冲完成后， 整 个缓冲装置占据的体积较缓冲前装置占据的体积增 加量由下式确定： ΔV＝ π L[(R1+δ )2‑(R2+δ )2]+πcotα(R1‑R2)(R1+δ )2 其中， L为开口薄壁管(2)中小径段(21)的长度， R1为开口薄壁管(2)大径段(23)内孔半 径， R2为小径段(21)的内孔半径， δ 为 开口薄壁管(2)的壁厚， α 为锥段(2 2)的半锥角； S7、 数值模拟评估缓冲装置的缓冲效能与设计的预期是否符合： 依据步骤S1至S6， 确定 缓冲装置的关键几何参数与界面动摩擦系 数， 建立缓冲装置全尺寸的缓冲模型， 开展缓冲 过程的数值模拟， 提取开口薄壁管(2)与 缓冲平台(4)的接触力， 评估其与缓冲后过载设计 值的符合 程度， 如有较大偏差， 将依据数值模拟结果对缓冲装置的结构参数进行修 正。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115481503 A 3