一種抗缺陷的折痕式吸能盒的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗缺陷的折痕式吸能盒,是一種可以抵抗缺陷的改進(jìn)型折痕紋路引入到薄壁管件作為碰撞吸能盒。該改進(jìn)型折痕不僅可以引導(dǎo)薄壁管件的變形模式,還擁有較強(qiáng)的抵抗缺陷的能力。比照普通折痕式薄壁管,本發(fā)明的明顯特征在于:將一個(gè)折痕式吸能盒中的鉆石型凹角改進(jìn)為雙梯形型凹角,從而形成擁有能夠有效抵抗缺陷的薄壁管件。本發(fā)明通過(guò)引入改進(jìn)的折痕紋路,在保證其實(shí)現(xiàn)了高比吸能率和低峰值載荷要求的同時(shí)也使其具有較強(qiáng)的抗缺陷能力。此外,本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種抗缺陷的折痕式吸能盒
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及汽車、火車、飛機(jī)等交通工具的結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域,設(shè)計(jì)到各類交通工具在碰撞或者失事情況的安全性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),特別涉及到一種在汽車撞擊和飛行器失事著陸情況下能夠吸收動(dòng)能的碰撞吸能盒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,各種類型交通工具,如汽車、火車等由于日益加快的運(yùn)行速度使得碰撞失事的概率不斷增加,這類失事中產(chǎn)生的劇烈碰撞會(huì)給公眾的生命和財(cái)產(chǎn)造成的難以承受的損失。在交通工具易于發(fā)生接觸的部段安裝特殊設(shè)計(jì)的吸能盒是目前各廠商解決碰撞問(wèn)題的主要方法。對(duì)于各種各樣的能量吸收與耗散的方式,薄壁結(jié)構(gòu)金屬管以及其衍生出的各種泡沫夾心管是非常常見(jiàn)的能量吸收構(gòu)型。這些金屬薄壁管的應(yīng)用范圍十分廣泛,在汽車制造業(yè)有最為廣泛的應(yīng)用,除此之外,在航空航天工業(yè),火車制造業(yè),以及造船業(yè)等領(lǐng)域也可以經(jīng)常見(jiàn)到。
[0003]以碰撞吸能盒應(yīng)用最廣泛的汽車領(lǐng)域?yàn)槔鲎参芎幸话惆惭b在保險(xiǎn)杠橫梁與汽車框架縱梁之間,是車身結(jié)構(gòu)中的主要吸能元件。在汽車領(lǐng)域的車身設(shè)計(jì)中,對(duì)于一些對(duì)安全性能要求較高的汽車型號(hào),為了吸收高速碰撞帶來(lái)的巨大動(dòng)能,必須進(jìn)一步提高保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的吸能能力,工程師會(huì)在保險(xiǎn)杠橫梁上并排安裝若干碰撞吸能盒。性能優(yōu)良的碰撞吸能盒設(shè)計(jì)能夠控制沖擊載荷維持在一個(gè)可控的范圍內(nèi),使之不僅能保護(hù)乘客的安全也能夠保護(hù)汽車主體結(jié)構(gòu)不受過(guò)渡破壞。
[0004]各種各樣的金屬薄壁結(jié)構(gòu)都有可能成為吸能構(gòu)件,然而性能優(yōu)異的吸能盒在沖擊過(guò)程中需要有很高的比吸能(比吸能的定義為吸能盒吸收的總能量與自身質(zhì)量的比值)和較低的峰值載荷。除此之外,還需要滿足制造方的約束,包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作容易,成本低廉等。然而,考慮到碰撞過(guò)程中比較復(fù)雜的載荷工況,包括沖擊速度快,沖擊載荷不確定(可以是正面碰撞,也可以是斜撞)等,吸能盒還需要具備很好的抗缺陷能力。但是,目前在汽車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最多的吸能裝置還是最為普通,最容易加工的方管和圓管。一般情況下這些方管和圓管會(huì)發(fā)生一些吸能效率比較低的變形模式,如對(duì)稱模態(tài)和鉆石模態(tài),而這些固定的變形模態(tài)由于其較低的吸能性能而極大的限制了設(shè)備的能量吸收效果。為此有許多比較新穎的結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于吸能盒的設(shè)計(jì)中。比如,有一種將折紙工藝應(yīng)用到?jīng)_擊吸能領(lǐng)域的一種專利,其專利授權(quán)公告號(hào)為CN 101638076B,名稱為“一種折痕式碰撞吸能盒”,該專利公布了一種采用了一種含鉆石型折痕的吸能盒,相較于普通的方管,這種吸能盒有著相對(duì)較高的平均力很很低的最大載荷。然而,由于鉆石型折痕含有比狹長(zhǎng)的尖角結(jié)構(gòu),使得這種吸能盒對(duì)缺陷較為敏感,在沖擊環(huán)境比較復(fù)雜的情況下,即使是非常細(xì)微的缺陷也可能影響這種折痕式吸能盒的能量吸能效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是為各類交通工具失事,特別是汽車碰撞時(shí)提供一種易于制造、便于安裝、成本低廉、能量吸收能力突出,且具有較優(yōu)良的抗缺陷能力的碰撞吸能裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的,特別是要在保證良好吸能性能的提前下提高吸能盒的抗缺陷能力,本發(fā)明將采用如下技術(shù)方案:該碰撞吸能盒由沿軸向分布的一個(gè)或多個(gè)碰撞吸能盒單元構(gòu)成,單個(gè)碰撞吸能盒單元具有下述結(jié)構(gòu):它是具有多邊形截面的薄壁管件;它的每個(gè)角部區(qū)域有一個(gè)雙梯形型凹角,這種雙梯形凹角正是鉆石型凹角的一種改進(jìn)。碰撞吸能盒單元的多邊形截面采用四邊形、六邊形或八邊形。沿軸向方向的碰撞吸能盒單元長(zhǎng)度是等長(zhǎng)度的,或不等長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)。
[0007]將雙梯形型凹角的折痕紋路引入到薄壁管件作為碰撞吸能盒,這種設(shè)計(jì)可以避免原來(lái)的鉆石凹角所具有的狹長(zhǎng)尖角結(jié)構(gòu),提升碰撞吸能盒的抗缺陷能力,這是本發(fā)明的核心內(nèi)容。本發(fā)明與普通方管的顯著區(qū)別是在方管的四個(gè)角部區(qū)域按照一定的距離引入一個(gè)凹角,這使得整個(gè)碰撞吸能盒從外型上看是由若干梯形平面組成。這種預(yù)先引入的凹角一方面可以引導(dǎo)吸能盒發(fā)生預(yù)先設(shè)定的變形模式,而這種變形模式可以極大的提高碰撞吸能盒的平均載荷;另一方面,它本身可以視為一種缺陷,以降低碰撞時(shí)的峰值載荷。而本發(fā)明與原來(lái)的折痕式吸能盒相比的顯著區(qū)別是將鉆石凹角改進(jìn)為雙梯形凹角,這使得鉆石凹角所含有的尖角區(qū)域不再存在于碰撞吸能盒中,而正是這中尖角的存在使得碰撞吸能盒對(duì)缺陷十分敏感,在幾何缺陷的影響下,鉆石凹角中尖角區(qū)域極易發(fā)生一種類似于歐拉失穩(wěn)的屈曲失穩(wěn),從而引導(dǎo)吸能盒發(fā)生一種吸能效率低下的對(duì)稱模式。
[0008]另外,碰撞吸能盒的整體形狀沿軸向是等截面直的或變截面傾斜的。變截面碰撞吸能盒設(shè)計(jì)是指碰撞吸能盒從側(cè)面看是部分為矩形、部分為梯形,或全部為梯形,這樣的設(shè)計(jì)要求臨近的碰撞吸能盒模塊之間具有成比例放大或縮小的關(guān)系。
[0009]在加工工藝上,本發(fā)明的碰撞吸能盒可以使用整體鑄造或者各單元分段鑄造焊接而得,在工業(yè)生產(chǎn)中這種方法成本低廉,且鑄造使用的模具可以多次重復(fù)使用,但是針對(duì)不同壁厚的碰撞吸能盒可能需要多套模具。但是由于本發(fā)明本身的薄壁結(jié)構(gòu)是可展的,所以也可以將板材放入模具中進(jìn)行壓制而成,但是這種工藝壓制工藝是建立在對(duì)板材進(jìn)行施加壓力以致其變形的基礎(chǔ)上,那么這種壓力也可能會(huì)對(duì)板材造成不必要的損傷,需要后期熱處理以除去其中的預(yù)應(yīng)力。第三種工藝是可以采用增材技術(shù),利用金屬打印機(jī)打印碰撞吸能盒,目前來(lái)說(shuō),這種工藝加工成本較高,制作耗時(shí)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明一種八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒成型后的示意圖。
[0011]圖2為八邊形抗缺陷碰撞吸能盒的吸能效率與原折痕式碰撞吸能盒吸能效率對(duì)比圖。
[0012]圖3(a)為圖一中八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的半殼平面展開(kāi)圖;(b)是八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的半殼成型后的示意圖。
[0013]圖4(a)為本發(fā)明中一種六邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒成型后示意圖;(b)是十二邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒成型后示意圖。
[0014]圖5(a)為變截面的八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒;(b)是變截面的八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒半殼平面展開(kāi)圖。
[0015]附圖標(biāo)識(shí):1八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒;2-1的八邊形截面;3雙梯形型凹角,I中用粗實(shí)線顯示了其中一個(gè)雙梯形型凹角;4雙梯形型凹角附近的折痕;5-1的一個(gè)單元;6八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒半殼展開(kāi)平面;7折痕,實(shí)線表示峰折痕,虛線表示谷折痕;8壓制成型后的八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒半殼;9六邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒;10六邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一個(gè)單元;11十二邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒;12十二邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一個(gè)單元;13八邊形變截面抗缺陷碰撞吸能盒;14八邊形變截面抗缺陷碰撞吸能盒半殼展開(kāi)平面。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]對(duì)于本說(shuō)明中所有的圖,相同或相對(duì)應(yīng)的元件一般采用相同的數(shù)字標(biāo)記表示。需要指出的是,說(shuō)明中所有的圖只是對(duì)該發(fā)明解釋說(shuō)明性的表示,而本發(fā)明不局限于這些表示。此外,圖中各部分并非必然按實(shí)際比例表示。在某些條件下,那些對(duì)了解本發(fā)明沒(méi)有影響或者會(huì)對(duì)其他細(xì)節(jié)的理解造成影響的細(xì)節(jié)部分可能會(huì)被忽略。
[0018]實(shí)施例1:圖1八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一種實(shí)施方式。
[0019]所謂八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒I是指I的截面2為八邊形。圖2為八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒在有缺陷的條件下較原折痕式吸能盒吸能效率比較示意圖,圖中可以發(fā)現(xiàn),抗缺陷吸能盒的吸能效率較原來(lái)的折痕式吸能盒有較大提升,且其隨著雙梯形凹角的底邊變長(zhǎng)的增加而增加。
[0020]這種八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒可以用合適的加工工藝制作而成??紤]到本發(fā)明的管壁是可展結(jié)構(gòu),所以在前期研究過(guò)程中,可以使用預(yù)壓鋼板的方法制作,以節(jié)約成本。在本發(fā)明中,碰撞吸能盒采用的是單元疊加的形式,其中單元5是指能夠代表碰撞吸能盒形狀的最小單元。不同長(zhǎng)度的碰撞吸能盒可以通過(guò)沿軸向疊加若干個(gè)該單元得到,顯然,用壓制鋼板的方法最多只能一次壓制半個(gè)吸能盒,圖3(a)中6描述了兩個(gè)單元半殼展開(kāi)后的形狀,它們沿軸向的長(zhǎng)度不必相同。半殼的表面為可展面,其優(yōu)點(diǎn)在于采用板材壓制成型時(shí)更為方便,生產(chǎn)成本低,加工精確性高。6即為板材下料圖。半殼上的折痕7由平面上實(shí)線和虛線表示,其中實(shí)線表示峰折痕,虛線表示谷折痕。若按照平面上的折痕進(jìn)行折疊或用模具壓制,最終可以得到8中所示的成型后的半殼。與普通的矩形管半殼相比,該半殼在其角部各有一個(gè)雙梯形型凹角3。由于半殼含有兩個(gè)單元,所以成型后8共有四個(gè)雙梯形型凹角
3。因此,圖1中的碰撞吸能盒則可以由兩個(gè)圖3(b)中的半個(gè)吸能盒8組合焊接而成。
[0021]實(shí)施例2:圖4(a)六邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一種實(shí)施方式。
[0022]所謂六邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒是指吸能盒9的截面為六邊形。由于管壁為可展結(jié)構(gòu),所以六邊形截面和八邊形截面的抗缺陷碰撞吸能盒的加工工藝是相似的,只不過(guò)六邊形只能由三分之一的吸能盒組裝焊接而成。同樣,沿軸向的單元10的長(zhǎng)度也可以不同,單元10中的雙梯形型單元3的大小和形狀也可以不一樣。
[0023]實(shí)施例3:圖4(b)為十二邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一種實(shí)施方式。
[0024]所謂十二邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒是指吸能盒11的截面為十二邊形。由于管壁為可展結(jié)構(gòu),所以十二邊形截面和八邊形截面的抗缺陷碰撞吸能盒的加工工藝也是相似的,只不過(guò)十二邊形可以由二分之一,三分之一,或者六分之一的吸能盒組裝焊接而成。同樣,沿軸向的單元12的長(zhǎng)度也可以不同,單元12中的雙梯形型單元3的大小和形狀也可以不一樣。
[0025]實(shí)施例4:圖5(a)為變截面的八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒的一種實(shí)施方式。圖5(b)是變截面的八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒半殼平面展開(kāi)圖。
[0026]變截面意味著沿著軸向在不同的單元相同的位置的截面是變化的,相對(duì)于之前實(shí)例I中所述的八邊形截面抗缺陷碰撞吸能盒,這種變截面的吸能盒只需要改變圖3(a)中的折痕即可。調(diào)整后的折痕圖見(jiàn)圖5(b)。除了八邊形以外,四邊形、六邊形、十二邊形變截面抗缺陷碰撞吸能盒也可以由修改的折痕壓制得到。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種抗缺陷的折痕式碰撞吸能盒,該吸能盒由沿軸向分布的一個(gè)或多個(gè)碰撞吸能盒單胞構(gòu)成,整個(gè)碰撞吸能盒外型由若干梯形平面組成,該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開(kāi)后是平面,其特征在于:每個(gè)碰撞吸能盒單元具有下述結(jié)構(gòu): A.具有偶數(shù)邊的多邊形截面薄壁管件; B.每個(gè)角部區(qū)域有一個(gè)雙梯形型凹角,形成預(yù)制的折痕紋路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種折痕式碰撞吸能盒,其特征還在于:所述多邊形截面薄壁管件截面采用四邊形、六邊形和八邊形,四邊形包括正方形、矩形、菱形和梯形。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種折痕式碰撞吸能盒,其特征還在于:碰撞吸能盒的整體形狀沿軸向是等截面直的或變截面傾斜的。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種折痕式碰撞吸能盒,其特征還在于:所述的雙梯形型凹角還包括對(duì)其進(jìn)行邊長(zhǎng)修改或在雙梯形型凹角的折痕處開(kāi)孔。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種折痕式碰撞吸能盒,其特征還在于:所述的雙梯形型凹角還包括對(duì)其進(jìn)行邊長(zhǎng)修改或在雙梯形型凹角的折痕處開(kāi)孔。
【文檔編號(hào)】B64D45/00GK106004745SQ201610528059
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】王博, 周才華, 程耿東, 郝鵬, 張希
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)