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一种抗缺陷的折痕式吸能盒.pdf

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一种 缺陷 折痕 式吸能盒
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摘要
申请专利号:

CN201610528059.7

申请日:

2016.07.06

公开号:

CN106004745A

公开日:

2016.10.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||?#25269;?#23457;查的生效IPC(主分类):B60R 19/34申请日:20160706|||公开
IPC分类号: B60R19/34; B64D45/00 主分类号: B60R19/34
申请人: 大连理工大学
发明人: 王博; 周才华; 程耿东; 郝鹏; 张希
地址: 116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 大连理工大学专利中心 21200 代理人: 梅洪玉;赵连明
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610528059.7

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.08.21|||2016.11.09|||2016.10.12

法律状态类型:

授权|||?#25269;?#23457;查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种抗缺陷的折痕式吸能盒,是一种可以抵抗缺陷的改进型折痕纹路引入到薄壁管件作为碰撞吸能盒。该改进型折痕不仅可以引导薄壁管件的变形模式,还拥有较强的抵抗缺陷的能力。比照普通折痕式薄壁管,本发明的明显特征在于:将一个折痕式吸能盒中的钻石型凹角改进为双梯形型凹角,从而形成拥有能够有效抵抗缺陷的薄壁管件。本发明通过引入改进的折痕纹路,在保证其实现了高比吸能率和低峰值载荷要求的同?#24065;?#20351;其具有较强的抗缺陷能力。此外,本发明具有结构简单,制造成本低的优点。

权利要求书

1.一种抗缺陷的折痕式碰撞吸能盒,该吸能盒由沿轴向分布的一个或多个碰撞吸
能盒单胞构成,整个碰撞吸能盒外型由若干梯?#32441;?#38754;组成,该折痕式碰撞吸能
盒的壁面均是可展的,即碰撞吸能盒的壁面展开后是平面,其特征在于?#22909;?#20010;
碰撞吸能盒单元具有?#29575;?#32467;构:
A.具有偶数边的多边形截面薄壁管件;
B.每个角部区域有一个双梯形型凹角,形成预制的折痕纹路。
2.根据权利要求1所述的一种折痕式碰撞吸能盒,其特征还在于:所述多边形
截面薄壁管件截面采用四边形、六边形和八边形,四边形包括正方形、矩形、
菱形和梯形。
3.根据权利要求1或2所述的一种折痕式碰撞吸能盒,其特征还在于:碰撞吸
能盒的整体形状沿轴向是等截面直的或变截面倾斜的。
4.根据权利要求1或2所述的一种折痕式碰撞吸能盒,其特征还在于:所述的双
梯形型凹角还包括对其进行边长修改或在双梯形型凹角的折痕处开孔。
5.根据权利要求3所述的一种折痕式碰撞吸能盒,其特征还在于:所述的双梯形
型凹角还包括对其进行边长修改或在双梯形型凹角的折痕处开孔。

说明书

一种抗缺陷的折痕式吸能盒

技术领域

本发明涉及汽车、火车、飞机等交通工具的结构制造技术领域,设计到各
类交通工具在碰撞或者失事情况的安全性结构设计,特别涉及到一种在汽车撞
击和飞行器失事着?#35282;?#20917;下能够吸收动能的碰撞吸能盒装置。

背?#20985;?#26415;

目前,各种类型交通工具,如汽车、火?#26723;?#30001;于?#25214;?#21152;快的运行速度使得
碰撞失事的概率不?#26174;?#21152;,这类失事中产生的剧烈碰撞会给公众的生命和财产
造成的难以承受的损失。在交通工具易于发生接触的部段安装特殊设计的吸能
盒是目前各厂商解决碰撞问题的主要方法。对于各种各样的能量吸收与耗散的
方式,薄壁结构金属管以及其衍生出的各种泡沫?#34892;?#31649;是非常常见的能量吸收
构型。这些金属薄壁管的应用?#27573;?#21313;分广泛,在汽?#25269;?#36896;业有最为广泛的应用,
除此之外,在航空航天工业,火?#25269;?#36896;业,以及造船业等领域也可以经常见到。

以碰撞吸能盒应用最广泛的汽车领域为例,碰撞吸能盒一般安装在保险杠
横梁与汽车框架纵梁之间,是车身结构中的主要吸能元件。在汽车领域的车身
设计中,对于一些对安全性能要求较高的汽车型号,为了吸收高速碰撞带来的
巨大动能,必须进一步提高保险杠?#20302;?#30340;吸能能力,工程师会在保险杠横?#33655;?br />并排安装若干碰撞吸能盒。性能优良的碰撞吸能盒设计能够控制冲击载荷维持
在一个可控的?#27573;?#20869;,使之不仅能保护乘客的安全也能够保护汽?#25269;?#20307;结构不
受过渡破坏。

各种各样的金属薄壁结构都有可能成为吸能构件,然而性能优异的吸能盒
在冲击过程中需要有很高的比吸能(比吸能的定义为吸能盒吸收的总能量与自
身质量的比值)和较低的峰值载荷。除此之外,还需要满足制造方的约束,包
括结构简单,制作容易,成本低廉等。然而,考虑到碰撞过程中比较复杂的载
荷工况,包括冲击速度快,冲击载荷不确定(可以是正面碰撞,也可以是斜撞)
等,吸能盒还需要具备很好的抗缺陷能力。但是,目前在汽车产?#25269;?#24212;用最多
的吸能装置还是最为普通,最容易加工的方管和圆管。一般情况下这些方管和
圆管会发生一些吸能效率比较低的变形模式,如对称模态和钻石模态,而这些
固定的变形模态由于其较低的吸能性能而极大的限制了设备的能量吸收效果。
为此有许多比较新颖的结构被应用于吸能盒的设计中。比如,有一种将折纸工
艺应用到冲击吸能领域的一种专利,其专利授权公告号为CN 101638076B,名
称为“一种折痕式碰撞吸能盒?#20445;?#35813;专利公布了一种采用了一种含钻石型折痕
的吸能盒,相较于普通的方管,这种吸能盒有着相对较高的平均力很很低的最
大载荷。然而,由于钻石型折痕含有比狭长的尖角结构,使得这种吸能盒对缺
陷较为敏感,在冲击环境比较复杂的情况下,即使是非常细微的缺陷也可能影
响这种折痕式吸能盒的能量吸能效率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是为各类交通工具失事,特别是汽车碰撞时提
供一种易于制造、便于安装、成本低廉、能量吸收能力突出,且具有较优良的
抗缺陷能力的碰撞吸能装置。

为实现上述目的,特别是要在保证良好吸能性能的提前下提高吸能盒的抗
缺陷能力,本发明将采用如下技术方案:该碰撞吸能盒由沿轴向分布的一个或
多个碰撞吸能盒单元构成,单个碰撞吸能盒单元具有?#29575;?#32467;构:它是具有多边
形截面的薄壁管件;它的每个角部区域有一个双梯形型凹角,这种双梯形凹角
正是钻石型凹角的一种改进。碰撞吸能盒单元的多边形截面采用四边形、六边
形或八边形。沿轴向?#36739;?#30340;碰撞吸能盒单元长度是等长度的,或不等长度的设
计。

将双梯形型凹角的折痕纹路引入到薄壁管件作为碰撞吸能盒,这种设计可
以避免原来的钻石凹角所具有的狭长尖角结构,提升碰撞吸能盒的抗缺陷能力,
这是本发明的核心内容。本发明与普通方管的显著区别是在方管的四个角部区
域按照一定的距离引入一个凹角,这使得整个碰撞吸能盒从外型上看是由若干
梯?#32441;?#38754;组成。这种预先引入的凹角一方面可以引导吸能盒发生预先设定的变
形模式,而这种变形模式可以极大的提高碰撞吸能盒的平均载荷;另一方面,
它本身可以视为一种缺陷,以降低碰撞时的峰值载荷。而本发明与原来的折痕
式吸能盒相比的显著区别是将钻石凹角改进为双梯形凹角,这使得钻石凹角所
含有的尖角区域不再存在于碰撞吸能盒中,而正是这中尖角的存在使得碰撞吸
能盒对缺陷十分敏感,在几何缺陷的影响下,钻石凹角中尖角区域极易发生一
种类似于欧拉失稳的屈曲失稳,从而引导吸能盒发生一种吸能效?#23454;?#19979;的对称
模式。

另外,碰撞吸能盒的整体形状沿轴向是等截面直的或变截面倾斜的。变截
面碰撞吸能盒设计是指碰撞吸能盒从侧面看是部分为矩形、部分为梯形,或全
部为梯形,这样的设计要求临近的碰撞吸能盒模块之间具有成比例放大或缩小
的关系。

在加工工艺上,本发明的碰撞吸能盒可以使用整体铸造或者各单元分段铸
造?#38468;?#32780;得,在工业生产中这种方法成本低廉,且铸造使用的模具可以多次重
复使用,但是针对不同壁厚的碰撞吸能盒可能需要多套模具。但是由于本发明
本身的薄壁结构是可展的,所以也可以将板材放入模具中进行压制而成,但是
这种工艺压制工艺是建立在对板材进行施加压力以致其变形的基础上,那么这
种压力也可能会对板材造成不必要的损伤,需要后期热处理以除去其中的预应
力。第三种工艺是可以采用增材技术,利用金属打印机打印碰撞吸能盒,目前
来说,这种工艺加工成本较高,制作耗?#34180;?br />

附图说明

图1为本发明一种八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒成型后的示意图。

图2为八边形抗缺陷碰撞吸能盒的吸能效率与原折痕式碰撞吸能盒吸能效
率对比图。

图3(a)为图一中八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的半壳平面展开图;(b)
是八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的半壳成型后的示意图。

图4(a)为本发明中一种六边形截面抗缺陷碰撞吸能盒成型后示意图;(b)
是十二边形截面抗缺陷碰撞吸能盒成型后示意图。

图5(a)为变截面的八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒;(b)是变截面的八边
形截面抗缺陷碰撞吸能盒半壳平面展开图。

附图标识:1八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒;2-1的八边形截面;3双梯形
型凹角,1中用粗实线显示了其中一个双梯形型凹角;4双梯形型凹角附近的折
痕;5-1的一个单元;6八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒半壳展开平面;7折痕,
实线表示峰折痕,虚线表示谷折痕;8压制成型后的八边形截面抗缺陷碰撞吸能
盒半壳;9六边形截面抗缺陷碰撞吸能盒;10六边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的
一个单元;11十二边形截面抗缺陷碰撞吸能盒;12十二边形截面抗缺陷碰撞吸
能盒的一个单元;13八边形变截面抗缺陷碰撞吸能盒;14八边形变截面抗缺陷
碰撞吸能盒半壳展开平面。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详?#24863;?#36848;本发明的具体实施方式。

对于本说明中所有的图,相同或相对应的元件一般采用相同的数?#30452;?#35760;表
示。需要指出的是,说明中所有的图只是对该发明解释说明性的表示,而本发
明不局限于这些表示。此外,图中各部分并非必然?#35789;导?#27604;例表示。在?#25215;?#26465;
件下,那些对了解本发明没有影响或者会对其他?#38468;?#30340;理解造成影响的?#38468;?#37096;
分可能会被忽略。

实施例1?#21644;?八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一种实施方式。

所谓八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒1是指1的截面2为八边形。图2为八
边形截面抗缺陷碰撞吸能盒在有缺陷的条件下较原折痕式吸能盒吸能效率比较
示意图,图中可以发现,抗缺陷吸能盒的吸能效?#24335;显?#26469;的折痕式吸能盒有较
大提升,且其随着双梯形凹角的底边变长的增加而增加。

这种八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒可以用合适的加工工艺制作而成。考虑
到本发明的管壁是可展结构,所以在前期研?#25239;?#31243;中,可以使用预压钢板的方
法制作,以节约成本。在本发明中,碰撞吸能盒采用的是单元叠加的形式,其
中单元5是指能够代表碰撞吸能盒形状的最小单元。不同长度的碰撞吸能盒可
以通过沿轴向叠加若干个该单元得到,显然,用压制钢板的方法最多只能一次
压制半个吸能盒,图3(a)中6描述了两个单元半壳展开后的形状,它们沿轴
向的长度不必相同。半壳的表面为可展面,其优点在于采用板材压制成型时更
为方便,生产成本低,加工精确性高。6即为板材下料图。半壳上的折痕7由
平面上实线和虚线表示,其中实线表示峰折痕,虚线表示谷折痕。若按照平面
上的折痕进行折叠或用模具压制,最终可以得到8中所示的成型后的半壳。与
普通的矩形管半壳相比,该半壳在其角部各有一个双梯形型凹角3。由于半壳含
有两个单元,所以成型后8共有四个双梯形型凹角3。因此,图1中的碰撞吸
能盒则可以由两个图3(b)中的半个吸能盒8组合?#38468;?#32780;成。

实施例2?#21644;?(a)六边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一种实施方式。

所谓六边形截面抗缺陷碰撞吸能盒是指吸能盒9的截面为六边形。由于管
壁为可展结构,所以六边形截面和八边形截面的抗缺陷碰撞吸能盒的加工工艺
是相似的,只不过六边形只能由三?#31181;?#19968;的吸能盒组装?#38468;?#32780;成。同样,沿轴
向的单元10的长度也可以不同,单元10中的双梯形型单元3的大小和形状也
可以不一样。

实施例3?#21644;?(b)为十二边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一种实施方式。

所谓十二边形截面抗缺陷碰撞吸能盒是指吸能盒11的截面为十二边形。由
于管壁为可展结构,所以十二边形截面和八边形截面的抗缺陷碰撞吸能盒的加
工工艺也是相似的,只不过十二边形可以由二?#31181;?#19968;,三?#31181;?#19968;,或者六?#31181;?br />一的吸能盒组装?#38468;?#32780;成。同样,沿轴向的单元12的长度也可以不同,单元12
中的双梯形型单元3的大小和形状也可以不一样。

实施例4?#21644;?(a)为变截面的八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一种实施
方式。图5(b)是变截面的八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒半壳平面展开图。

变截面意味着沿着轴向在不同的单元相同的位置的截面是变化的,相对于
之前实例1中所述的八边形截面抗缺陷碰撞吸能盒,这种变截面的吸能盒只需
要改变图3(a)中的折痕即可。调整后的折痕图见图5(b)。除了八边形以外,
四边形、六边形、十二边形变截面抗缺陷碰撞吸能盒也可以由修改的折痕压制
得到。

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