(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 202211279301.3 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 陈力　曹铭津　李琪瑶　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 徐尔东 (51)Int.Cl. E04B 1/344(2006.01) E04B 1/98(2006.01) E04C 2/22(2006.01) E04H 9/14(2006.01) G06F 30/13(2020.01)G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种基于Kresling构型的易折展组合桁架 防护结构、 设计方法及使用方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于Kresling构型的易折 展组合桁架 防护结构、 设计方法及使用方法， 包 括上面板和下面板， 在上面板和下面板之间夹设 基于Kresling构型的可折展桁架结构芯层， 面层 与芯层间通过节点连接。 上面板和下面板具备良 好的抗侵彻抗爆性能； 芯层实现组合结构的便捷 折叠和展开， 折叠后方便存储运输， 展开后具有 优良的法向抗压承载性能； 三者通过波阻抗失 配， 实现高效隔爆抗爆。 采用理论计算， 有限元优 化和试验验证相结合的手段， 实现不同防护性能 可折展组合桁架防护结构的设计。 本发明能够弥 补传统防护结构功能单一、 体积大、 自重大、 存储 运输不便的缺点， 在军、 民冲击爆炸防护领域具 有较好的应用前 景。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 115538613 A 2022.12.30 CN 115538613 A 1.一种基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 包括上面板和下 面板， 在上面板和下面板之间夹设基于Kresl ing构型的可折展桁架结构芯层； 所述的上面板或者下面板 选用多边形或者圆形； 所述可折展桁架结构芯层包括若干 Ⅰ型杆件和 Ⅱ型杆件，Ⅰ型杆件的两端分别连接在上 面板、 下面板上， 同样， Ⅱ型杆件的两端分别连接在上面板、 下面板上； 在上面板或者下面板的板面每个连接点位置同时设置一个 Ⅰ型杆件以及一个 Ⅱ型杆 件； 当组合桁架防护结构在承载时， Ⅰ型杆件与下面板之间的夹角小于90 °， 同样的， Ⅱ型杆 件与下面板之间的夹角小于90 °。 2.根据权利 要求1所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 设定一个 Ⅰ型杆件和一个 Ⅱ型杆件为一组结构， 位于每组结构内 Ⅰ型杆件的一端与相 邻组结 构内Ⅱ型杆件的一端同时连接在上面板的同一个交界点位置， 每组结构内 Ⅰ型杆件的另一 端与本组结构内 Ⅱ型杆件的另一端同时连接在下面板的同一个交界点位置， 每组结构内 Ⅱ 型杆件的一端与相邻组结构内 Ⅰ型杆件的一端同时连接在上面板的同一个交界点 位置。 3.根据权利 要求2所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 所述Ⅰ型杆件包括 Ⅰ型杆件外部空心 抗压圆管以及 Ⅰ型杆件内部弹簧， Ⅰ型杆件内部弹簧穿设 Ⅰ型杆件外部空心抗压圆管， 在 Ⅰ型杆件内部弹簧伸出 Ⅰ型杆件外部空心抗压圆管的两端分 别连接Ⅰ型杆件连接节点； Ⅰ型杆件连接节点用于连接 Ⅰ型杆件与上面板或者下面板 。 4.根据权利 要求3所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 所述Ⅱ型杆件包括 Ⅱ型圆柱杆件主体， 在 Ⅱ型圆柱杆件主体的两端分别连接 Ⅱ型杆件连接 节点； Ⅱ型杆件连接节点用于连接 Ⅱ型杆件与上面板或者下面板 。 5.根据权利 要求4所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 所述上面板或者下面板采用高性能FRP材 料； 所述Ⅰ型杆件或者 Ⅱ型杆件采用高性能FRP材 料。 6.根据权利 要求5所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 在上面板或者下面板中， 前述的高性能FRP材 料为超高分子量聚乙烯复合材 料热压层合板； 在Ⅰ型杆件或者 Ⅱ型杆件中， 前述的高性能FRP材料为CFRP或者GFRP或者BFRP或者高性 能铝合金。 7.根据权利 要求4所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 上面板和下面板采用聚脲 涂层封装。 8.根据权利 要求4所述的基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构， 其特征在于： 在上面板朝向外部的表面以及下面板朝向外部的表面喷涂电磁吸收涂层或者增设电磁吸 收结构层。 9.一种如权利要求6或者7或者8所述基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构的 设计方法， 其特 征在于： 具体包括以下步骤： 步骤S1： 对待设计易 折展组合桁架防护结构的折展性进行 数值计算与校核； 步骤S2： 采用材料抗侵彻和结构抗爆性 能理论计算公式并结合有限元建模方法对真实权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115538613 A 2侵彻爆炸案例进行计算与仿真， 拟计算得出上面板、 下面板的材料类别、 防贯穿厚度， 确认 上面板以及下面板的防护性能； 步骤S3： 采用有限元建模方法建立易折展组合桁架防护结构抗侵彻抗爆计算模型， 确 定桁架结构形式、 选材以及杆件尺寸， 根据易折展组合桁架防护结构在爆炸冲击荷载作用 下的变形破坏程度、 吸能大小以及 隔爆消波性能， 明确 易折展组合桁架防护结构抗侵彻抗 爆性能； 步骤S4： 对数值计算和优化设计后的易折展组合桁架防护结构模型进行防护性能试验 测试验证， 验证组合结构的防子弹贯穿性能、 变形破坏过程及程度、 吸能特性以及隔爆消波 性能， 最终确定满足防护指标的组合结构形式； 步骤S5： 根据优化设计后的组合结构形式和参数制备上面板、 下面板、 Ⅰ型杆件以及 Ⅱ 型杆件； 步骤S6： 每个 Ⅰ型杆件和 Ⅱ型杆件的两端连接构造分别与组合结构中的上面板和下面 板紧密连接， 限制 Ⅰ型杆件和Ⅱ型杆件的线位移， 形成稳固可靠的连接节点。 10.一种如权利要求6或者7或者8所述基于Kresling构型的易折展组合桁架防护结构 的使用方法， 其特征在于： 当易折展组合桁架防护结构处于展开稳定状态时， 其在法向方向 具有承载能力， 且 承载能力与易 折展组合桁架防护结构的尺寸、 角度以及材 料匹配； 当易折展组合桁架防护结构由展开承载状态转化为折叠状态时， 以上平面与 上平面的 法向方向为 Ⅰ型杆件的拉伸方向， 将 Ⅰ型杆件进行旋转， 直至上平面的平面多边与下平面的 平面多边初次相互平行， 达 到相互平行后在上面板的法向方向对上面板进行压缩； 当易折展组合桁架防护结构由折叠状态转化为展开承载状态时， 直接对上面板进行拉 伸或者拉伸旋转， 直至组合结构到 达展开后的稳态。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115538613 A 3