本发明属于工程结构防护领域，特别涉及一种工程结构抗爆抗冲击防护装置，具体涉及一种基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置。
背景技术：
1、爆炸事件对人类生命及财产的威胁不容小觑，因此如何提高结构在爆炸冲击载荷下的防护性能受到工程界及学术界的广泛关注。随着科学技术的不断发展，人们对工程结构的设计要求不断提高。重要的工程结构不仅要满足正常服役性能的需求，而且应该具备在极端荷载（爆炸或冲击）作用下优越的防护性能。
2、传统工程防护主要包括两种设计理念：一种采用“刚性防护”设计理念，即利用高强度结构部件来提高工程结构的承载能力，或建造防爆屏障来防止汽车炸弹的恐怖袭击；另一种为“柔性防护”设计概念，即在建筑结构外部安装柔性耗能装置，通过吸收能量来降低输入到结构上的荷载，进而减小工程结构损伤，如三明治结构或牺牲挂板。
3、采用“刚性防护”设计，虽然抗爆抗冲击效果较好，但有时防护结构本身作为结构构件的一部分，破坏后可能对结构整体性有较大的影响，有时需要采用重建破坏构件的加固方式，维修成本高且施工周期长。
4、采用“柔性防护”设计的防护装置，如轻质柔性牺牲挂板，易于安装，且利用芯层在相对较低的应力水平下的大塑性变形来吸收大量能量，同时将受控力传递到主结构。芯层结构有多种不同类型，如负泊松比结构、管状结构、波纹板结构等。
5、分形结构是在不同长度尺度上自相似的实体，遵循自然的层次模式，而门格海绵结构是一种特征性的分形拓扑结构。门格海绵分形结构因其表面积大、体积小等特点已经在不同工程领域中应用，包括能源、建筑、生物医学、制造和城市设计领域。但是目前尚未有门格海绵分形结构在抗爆抗冲击领域中应用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，可用于提高工程结构在爆炸或冲击荷载下的防护性能。已知具有潜在分层微观结构的天然结构，如人体骨骼和木材，具有优异的机械性能，因此本发明提出的防护装置仿生人体骨组织结构。骨组织包括皮质骨和松质骨，其主要的防护原理为皮质骨质地坚硬致密，耐压性较大，分布于骨的表层，提供了骨的硬度；而松质骨呈疏松多孔的海绵状，由许多网状的骨小梁交织而成，分布于骨的内部，使骨骼具有抗压张力及弹性。这种结构使得骨骼既能承受压力又能保持一定的弹性，从而有效地吸收和分散冲击力。骨小梁具有高度复杂的结构和多层次的分层结构，无论是作为人体的支撑结构还是作为冲击防护，都表现出优异的性能。本发明基于人体骨骼的抗冲击原理设计防护装置，该装置具备优异的吸能抗爆能力，且易于安装和替换，可显著降低经济成本与时间成本。
2、本发明是这样实现的：
3、一种基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，所述防护装置以模块化装配形式可拆卸连接在被保护结构的表面；
4、每个防护装置包括表板、芯层和背板；
5、所述芯层利用环氧树脂粘接在表板和背板之间；所述芯层由若干个相同的门格海绵分形结构等间距周期性排列组成，分形结构通过再次复制相同形状的结构或通过连续去除相同形状结构的方法生成，具有周期性和自相似性；每一个门格海绵分形结构均视为防护装置的自恢复韧性单元；
6、所述表板和背板均为高强度金属板；所述背板与被保护结构可拆卸连接。
7、进一步的，所述门格海绵分形结构孔隙为方形、圆形、菱形、十字形中的一种，或不同形状的孔隙混合排布。
8、进一步的，所述表板和背板所用材料为低碳钢板、不锈钢板、合金钢材和塑钢。
9、进一步的，门格海绵分形结构的材料为聚乳酸材料、形状记忆合金、三聚氰胺泡沫中的一种。
10、进一步的，门格海绵分形结构为任意一个分形等级。
11、进一步的，所述防护装置的所有部件均为预制构件，通过3d打印技术制备，且每个部件均采用模块化装配方式连接。
12、本发明还公开了上述基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置的安装方法，包括如下步骤：
13、步骤一，对工程结构墙体外表面进行清理，背板表面四个角落处分别设置螺栓孔；
14、步骤二，在3d建模软件进行门格海绵分形结构的建模，其中分形结构通过再次复制相同形状的结构或通过连续去除相同形状结构的方法生成；
15、步骤三，将设计好的门格海绵分形结构模型导入到3d打印切片软件中，根据所选用的3d打印材料和打印机类型，设置合适的打印参数，将切片软件生成的打印文件传输到3d打印机上完成打印；
16、步骤四，将聚氨酯涂料均匀涂在表板和背板正反表面形成防腐蚀保护层；
17、步骤五，根据表板或背板的几何尺寸准备若干个门格海绵分形结构，将门格海绵分形结构等间距周期性排列并分别粘接在表板和背板之间。
18、进一步的，步骤二中的建模分析方法包括：创建一个初始的立方体单元，再将立方体细分为3n个相等的小立方体，并移除立方体中心和六个表面的小立方体，留下3n-7个小立方体，将剩余的3n-7个小方块分别按照上述操作进行分割；每个小立方体的边长为前一次分割立方体尺寸的1/n，因此迭代k次后立方体边长为初始立方体边长的1/nk；根据门格海绵的递归规则进行多次迭代，最终形成第n分形等级的门格海绵分形结构。
19、本发明具有的技术效果如下：
20、（1）本发明提出的防护装置由表板、芯层、背板构成，其结构特点仿人体骨骼进行设计。表板和背板类似于骨组织中的皮质骨，利用坚硬致密，耐压性较大的材料特性进行“刚性防护”，为防护装置提供了所需的刚度。若干个门格海绵分形结构作为芯层通过压缩吸能的方式进行“柔性防护”。本发明提出的防护装置是一种“刚柔并济”的防护装置，可以实现对被保护结构的分级防护，且防护效果优于单一的刚性防护或柔性防护。
21、（2）本发明提出的防护装置不仅可以用于地上工程结构的抗爆抗冲击防护，而且可以作为能量阱应用于地下工程结构的场景中实现对地冲击的抑制和吸收。除此之外，本发明提出的防护装置的芯层具备弹性波带隙的特性，可以使在特定频率范围内的弹性波无法进行传播，进而减弱地下结构内部人员或设备的振动。
22、（3）本发明可以通过调节防护装置的各类参数，如门格海绵分形结构的几何参数、相对密度、孔隙形状和大小，以及分形等级等改变防护装置的耗能性能，因此可以考虑实际工程情况对防护装置进行优化设计，从而实现实用性和经济性的最大化。
23、（4）本发明中芯层所用材料质量轻，节能环保，制作简单，当防护装置安装于墙体时可以充分发挥门格海绵分形结构保温隔热的材料特性，且门格海绵分形结构可形成多重可调声子带隙，进而提供隔音降噪的功能。
24、（5）本发明中防护装置采用模块化装配式连接使得安装和维修加固更加便捷，大幅降低了时间和经济成本。
1.一种基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，其特征在于：所述防护装置以模块化装配形式可拆卸连接在被保护结构的表面；
2.如权利要求1所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，其特征在于：所述门格海绵分形结构孔隙为方形、圆形、菱形、十字形中的一种，或不同形状的孔隙混合排布。
3.如权利要求1所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，其特征在于：所述表板和背板所用材料为低碳钢板、不锈钢板、合金钢材和塑钢。
4.如权利要求1所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，其特征在于：门格海绵分形结构的材料为聚乳酸材料、形状记忆合金、三聚氰胺泡沫中的一种。
5.如权利要求1所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，其特征在于：门格海绵分形结构可以为1至n任意一个分形等级，n为正整数。
6.如权利要求1所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置，其特征在于：所述防护装置的所有部件均为预制构件，通过3d打印技术制备，且每个部件均采用模块化装配方式连接。
7.如权利要求1至6任一项所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.如权利要求7所述的基于门格海绵分形结构的多场景抗爆抗冲击防护装置的安装方法，其特征在于，
