一种具有负泊松比效应的防弹头盔

本技术属于工程，具体涉及一种具有负泊松比效应的防弹头盔。

背景技术：

1、盔壳材料从芳纶升级到uhmwpe之后其防护性能提升已越来越难，并且传统的泡沫衬垫佩戴舒适性和透气性较差，对于钝击效应的防护水平有限。在没有更高性能防护材料出现的情况下，可通过改进头盔衬垫系统进一步提升防护性能。内凹六边形蜂窝是一种较为经典的负泊松比结构，其在拉伸时材料垂直于拉伸方向变宽，压缩时材料垂直于压缩方向变窄。与传统材料相比，负泊松比材料在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收、压陷阻力和曲面同向性等方面比传统材料更有优势，从而使其在汽车安全、医疗设备、体育用品及国防工程等领域有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于通过负泊松比材料特有的压陷阻力特性、优良的能量吸收能力和形状贴合性，结合柔性3d打印制造一种具备负泊松比效应的衬垫系统，提高防弹头盔的防护性能。

2、实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种具有负泊松比效应的防弹头盔，包括盔体和衬垫层，衬垫层固定安装在盔体内部；且衬垫层为负泊松比结构层。

3、进一步地，衬垫层的负泊松比结构层包括若干三维内凹六边形胞元结构；若干三维内凹六边形胞元结构沿空间方向平行阵列排布连接形成。

4、进一步地，衬垫层为长方体结构，安装在盔体内的不同位置处。

5、进一步地，衬垫层分为第一衬垫、第二衬垫，两个衬垫层的尺寸不同，第一衬垫长z1，宽w1需满足：80mm≤z1≤90mm，80mm≤w1≤90mm；第二衬垫长z2，宽w3需满足70mm≤z2≤80mm，40mm≤w2≤50mm；第一衬垫、第二衬垫的高h1和h2需满足：15mm≤h1＝h2≤20mm。

6、进一步地，第一衬垫设置在盔体内靠近头前部、顶部、后部布置三块，第二衬垫设置在盔体内靠近头部太阳穴附近左右侧各布置两块。

7、进一步地，二维内凹六边形胞元结构包括内凹六边形结构和设置在凹部的连接杆，凹六边形结构包括两个平行的水平胞壁和四个向内凹陷的弯曲胞壁；连接杆即为连接胞壁。

8、进一步地，二维内凹六边形胞元结构满足如下条件：

9、

10、其中，l1为胞元水平胞壁长度，l2为弯曲胞壁长度，θ为胞壁夹角，t为胞壁厚度，l3为连接胞壁。

11、进一步地，每个三维变形内凹六边形胞元结构包括四个二维凹六边形胞元结构，且通过水平胞壁连接而形成一个方体结构的四个侧面，相邻二维凹六边形胞元结构之间互相垂直；并通过连接胞壁对内凹的弯曲胞壁进行连接。

12、进一步地，三维内凹六边形胞元结构在x方向上的整列距离为单个二维胞元的宽l，在y和z方向的上的阵列距离为单个二维胞元的高h。三维内凹六边形胞元结构在x方向上的阵列距离为单个二维胞元的宽加上两倍连接胞壁长度l+2l3，在y和z方向的上的阵列距离为单个二维胞元的高减去胞壁厚度h-t。

13、与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

14、(1)区别于传统防弹头盔内聚氨酯泡沫，tpu具有较高的强度和弹性、优异的耐磨性、抗冲击性，具备更优异的能量吸收能力；

15、(2)且当负泊松比材料受到弯曲载荷时，其曲面同向性会使材料产生拱形变形，使其与头盔内表面和佩戴者头部更好贴合，在起到保护作用的同时为使用者提供更好的佩戴舒适性。

技术特征：

1.一种具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，包括盔体和衬垫，衬垫固定安装在盔体内部；且衬垫为负泊松比材料结构层；

2.根据权利要求1所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，衬垫层为长方体结构，安装在盔体内的不同位置处。

3.根据权利要求2所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，衬垫分为第一衬垫、第二衬垫，两个衬垫的尺寸不同，第一衬垫长z1，宽w1需满足：80mm≤z1≤90mm，80mm≤w1≤90mm；第二衬垫长z2，宽w3需满足70mm≤z2≤80mm，40mm≤w2≤50mm；第一衬垫、第二衬垫的高h1和h2需满足：15mm≤h1＝h2≤20mm。

4.根据权利要求3所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，第一衬垫设置在盔体内靠近头前部、顶部、后部布置三块，第二衬垫设置在盔体内靠近头部太阳穴附近左右侧各布置两块。

5.根据权利要求2所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，二维内凹六边形胞元结构包括内凹六边形结构和设置在凹部的连接杆，凹六边形结构包括两个平行的水平胞壁和四个向内凹陷的弯曲胞壁；连接杆即为连接胞壁。

6.根据权利要求2所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，二维内凹六边形胞元结构满足如下条件：

7.根据权利要求2所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，每个三维变形内凹六边形胞元结构包括四个二维凹六边形胞元结构，且通过水平胞壁连接而形成一个方体结构的四个侧面，相邻二维凹六边形胞元结构之间互相垂直；并通过连接胞壁对内凹的弯曲胞壁进行连接。

8.根据权利要求5所述的具有负泊松比效应的防弹头盔，其特征在于，三维内凹六边形胞元结构在x方向上的整列距离为单个二维胞元的宽l，在y和z方向的上的阵列距离为单个二维胞元的高h；三维内凹六边形胞元结构在x方向上的阵列距离为单个二维胞元的宽加上两倍连接胞壁长度l+2l3，在y和z方向的上的阵列距离为单个二维胞元的高减去胞壁厚度h-t。

技术总结本发明公开一种具有负泊松比效应的防弹头盔，包括盔体和衬垫，衬垫固定安装在盔体内部；且衬垫为负泊松比结构层。与现有技术相比，本技术通过负泊松比材料特有的压陷阻力特性、优良的能量吸收能力和形状贴合性，结合柔性3D打印制造一种具备负泊松比效应的衬垫系统，提高防弹头盔的防护性能。技术研发人员：温垚珂,沈鲁豫受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：20230912技术公布日：2024/6/11