CN102730068A - 多角加强件 - Google Patents

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CN102730068A
CN102730068A CN2012100688879A CN201210068887A CN102730068A CN 102730068 A CN102730068 A CN 102730068A CN 2012100688879 A CN2012100688879 A CN 2012100688879A CN 201210068887 A CN201210068887 A CN 201210068887A CN 102730068 A CN102730068 A CN 102730068A
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托·提恩
胡羽堪
伦纳德·安东尼·谢恩
董嘉玛
柯克·大卫·亚瑟斯
辛西尔·库玛·马哈德温
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

一种用于机动车辆的加强件，该加强件包含包括边和角的八角横截面，该边包含四条直边和四条曲边。其中每条直边的长度的范围为从大约10mm到大约200mm，且每条曲边的范围为从大约10mm到大约200mm。

Description

多角加强件
技术领域
本发明大体涉及用于车身或其他结构的加强件，具体涉及具有多角横截面的加强件。
背景技术
车辆加强件需要最大化撞击能量吸收和抗弯曲性同时最小化加强件的每单位长度的质量。
当在加强件上施加压力时，例如，由于前方撞击负荷造成的在车辆前纵梁或者发动机舱的其他加强件上的力，加强件可以在纵向方向上塌陷以吸收撞击能量。此外，当在加强件上施加弯曲力时，例如由于在车辆前侧门槛、B柱或者其他加强件的侧面撞击负荷造成的力，该加强件可弯曲以吸收撞击能量。
加强件通常具有矩形横截面，其最大惯性矩的轴与该件的水平Y轴(即横轴)对齐。然而，在轴向挤压期间，矩形加强件可能易于沿着最小惯性矩的轴(即竖轴)朝内和/或朝外弯曲(即，分别朝向和/或远离车辆中心线在Y平面弯曲)，从而本质上提供了单向的抗弯性。因而，为了更有效率地吸收撞击能量，已经开发出多个非传统的加强件横截面。
例如美国专利6,588,830揭示了具有多于四边的多边形横截面的加强件，带来了更高的可靠性和更高的能量吸收效率。如一个优选的方式揭示了具有基础八角形横截面的加强件。
美国专利6,752,451揭示了在基础矩形横截面的四角处具有凹部的加强件，形成四个U形部分且相互间形成90度角。为了防止在四个角处的凹处的裂纹并增加强度，凹部具有增加的厚度和硬度。角部的增加的厚度和硬度被揭示为仅能通过拉伸或者液压成形达成，因此减小了制造可行性并且增加了加强件的每单位长度的质量。
美国专利6,752,451参照了日本未审查专利公开H8-337183，后者也揭示了在基本矩形横截面的四个角处包含凹部的加强件，形成四个U形部分，其相互间形成90度角。美国专利6,752,451声明其加厚的凹部相比H8-337183提供了改善的抗压性能以及抗弯强度。
因此可能希望提供多个可调节加强件横截面配置用于实现相较于基础多边形设计增加强度，而同时还允许设计灵活性以便满足多种车辆应用。还希望提供一种加强件构造，其相较于有加厚角的部件实现类似(如果不是更大的)的强度增加，同时减小部件单位长度的质量并且维持制造可行性。
可能进一步希望提供加强件，其可以当例如正面和侧面撞击撞击力施加在部件上时实现增加的能量吸收和更稳定的轴向溃缩，同时还节约质量以减小车重并满足排放要求。
发明内容
根据一些实施例，本发明提供一种用于机动车辆的加强件。该加强件包含包括边和角的八角横截面。该边包含四条直边和四条曲边。每条直边的长度范围为从大约10mm到大约200mm且每条曲边的范围为从大约10mm到大约200mm。
根据一些另外的实施例，本发明提供一种用于机动车辆的加强件。该加强件包含包括边和角的十二角横截面。该边包含八条直边和四条曲边。每条直边的长度范围为大约10mm到大约200mm且每条曲边的范围为大约10mm到大约200mm。
根据一些另外的实施例，本发明提供一种用于机动车辆的加强件。该加强件包含包括形成十二个内角和两个外角的边和角的十四角横截面。每个内角范围为大约95度到大约145度，且每个外角的范围为大约5度到大约130度。
根据一些另外的实施例，本发明提供一种用于机动车辆的加强件。该加强件包括十六角横截面，其包括形成十二个内角和四个外角的边和角。每个内角范围为大约25度到大约145度，且每个外角为大约25度到大约150度。
根据一些另外的实施例，本发明提供一种用于机动车辆的加强件。该加强件包括二十角横截面，其包括形成十二个内角和八个外角的边和角。每个内角范围为大约25度到大约145度，且每个外角的范围为大约25度到大约150度。
另外的目的和优点部分将在下面说明书中说明，且部分根据说明书为显而易见的或者可以通过实施当前教导而获得。本教导的目的和优势可以通过权利要求书中特别指出的元素和结合而实现和获得。
应当理解前述的总体说明和下面的详细描述仅为示例性和解释性的且不是如所主张的本发明的限定。
附图被引入说明书并且构成了本说明书的一部分，其说明了本发明的示例实施例并且与详细描述结合用作解释该教导的特定原则。
附图说明
至少本教导的一些特征和优点将从与本教导一致的下面的示例实施例详细描述部分变得显而易见，该描述应当参考附图考虑，其中
图1显示了用于根据本教导的加强件的八角横截面示例实施例，其具有四条直边和四条圆边；
图2A-2E显示了如何利用根据本教导的可调节参数调整图1的横截面；
图3显示了的具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图4显示了图3所示的加强件的轴向溃缩的示例；
图5显示了图3所示的加强件的动态挤压示例；
图6为用于具有图3所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图7为用于具有图3所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图8显示了用于根据本教导的加强件的八角横截面的示例实施例，其具有四条直边和四条椭圆边；
图9A-9E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图8的横截面；
图10显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图11显示了图10中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图12显示了图10中所示的加强件的示例动态挤压；
图13为具有图10所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图14为具有图10所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图15显示了用于根据本教导的加强件的十二角横截面的示例实施例，其具有八条直边和四条圆边；
图16A-16E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图15的横截面；
图17显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图18显示了图17中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图19显示了图17中所示的加强件的示例动态挤压；
图20为具有图17所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图21为具有图17所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图22显示了根据本教导的加强件的十二角横截面的示例实施例，其具有八条直边和四条椭圆边；
图23A-23E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图22的横截面；
图24显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图25显示了图24中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图26显示了图24中所示的加强件的示例动态挤压；
图27为具有图24所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图28为具有图24所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图29显示了用于根据本教导的加强件的十四角横截面的示例实施例；
图30A-30E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图29的横截面；
图31显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图32显示了图31中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图33显示了图31中所示的加强件的示例动态挤压；
图34为具有图31所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图35为具有图31所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图36显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的十四角加强件；
图37显示了图36中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图38显示了图36中所示的加强件的示例动态挤压；
图39为具有图36所示的横截面的示例加强件的轴向挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图40为具有图36所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图41显示了根据本教导的具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的十六角加强件；
图42A-42E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图41的横截面；
图43显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图44显示了图43中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图45显示了图43中所示的加强件的示例动态挤压；
图46为具有图43所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图47为用于具有图43所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图48显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的十六角加强件；
图49显示了图48中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图50显示了图48中所示的加强件的示例动态挤压；
图51为具有图48所示的横截面的示例加强件的轴向挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图52为具有图48所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图53显示了根据本教导的加强件的另一个十六角横截面示例实施例；
图54A-54E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图53的横截面；
图55显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图56显示了图55中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图57显示了图55中所示的加强件的示例动态挤压；
图58为具有图55所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图59为用于具有图55所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图60显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的十六角加强件；
图61显示了图60中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图62显示了图60中所示的加强件的示例动态挤压；
图63为具有图60所示的横截面的示例加强件的轴向挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图64为具有图60所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图65显示了根据本教导的加强件的二十角横截面的示例实施例；
图66A-66E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图65的横截面；
图67显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图68显示了图67中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图69显示了图67中所示的加强件的示例动态挤压；
图70为具有图67所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图71为具有图67所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图72显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的二十角加强件；
图73显示了图72中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图74显示了图72中所示的加强件的示例动态挤压；
图75为具有图72所示的横截面的示例加强件的轴向挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图76为具有图72所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图77显示了根据本教导的加强件的另一个二十角横截面的示例实施例；
图78A-78E显示了怎样利用根据本教导的可调节参数调整图77的横截面；
图79显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的加强件；
图80显示了图79中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图81显示了图79中所示的加强件的示例动态挤压；
图82为具有图79所示的横截面的示例加强件的挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图83为用于具有图79所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
图84显示了具有大体相同厚度、长度和周长的不同横截面的二十角加强件；
图85显示了图84中所示的加强件的示例轴向溃缩；
图86显示了图84中所示的加强件的示例动态挤压；
图87为具有图84所示的横截面的示例加强件的轴向挤压力以及关联的轴向挤压距离的图表；
图88为具有图84所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量以及关联的轴向挤压距离的图表；
尽管下面的详细描述参考了说明性实施例，本领域内的技术人员将显而易见地预期实施例的多种替代、修改和变形。相应地，所主张的主题意图被宽泛地解读。
具体实施方式
现在将具体参考多个实施例，下面附图中示出了其中一些示例。多个示例实施例并不意图限制本发明，相反，本公开意图涵盖替代、修改以及等同物。
本教导预期提供具有多角横截面的加强件，其具有贯穿边和角的实质上增加的硬度而不增加角内厚度。该加强件提供例如各种可调节参数，该参数配置用于相比基本多边形设计(例如，具有更少或者相同的数量的边)实现强度增加(即负荷承载和能量吸收)，并且还允许设计灵活性以满足一系列车辆应用。根据本教导的加强件，当力(例如正面和侧面的撞击撞击力)施加在该加强件时，其可达到增加的能量吸收和更加稳定的轴向溃缩。更进一步的，本教导的边长度和构造和/或内角和外角角度可达到与加厚角类似的(如果不是更大的)强度增加，而同时减小了该件的每单位长度的质量并维持较高的制造可行性，因为该件可以通过冲压成型、压制成型、液压成型、模制成型、压铸成型与挤出成型等方式成型。
由于它们的制造可行性，通常使用具有基础多边形横截面(例如，正方形、长方形、六角形和八角形等)的常规加强件。因为根据本教导的具有多角横截面的加强件具有实质上增加的强度和硬度而不要求加厚角部，与之前提供的具有加厚角的部件相比它们还具有更高的制造可行性。另外，在提供期望的强度的同时，根据本教导的加强件可以通过例如冲压、压制、液压成型、模制和挤出等方式成型为一个或多个部分。由此成型的部分可以经由焊接、粘接、紧固件或者其他已知连接技术进行连接。
根据本教导的加强件可包含，例如，钢、先进高强度钢(AHSS)、超高强度钢(UHSS)、新一代高强度钢(NGHSS)、铝、镁、玻璃纤维、尼龙、塑料、复合材料或者任何其他合适的材料。本领域内普通技术人员能理解，例如，可以基于意图的应用、强度/重量考虑、成本以及其他设计因素选择需求的用于加强件的材料。
在本教导的多个示例实施例中，加强件可包含具有四条直边和四条曲边的八角横截面。例如在图1中显示了根据本教导的加强件的八角横截面的示例实施例。如图所示，该横截面包括四条直边，长度为Ss1-Ss4且厚度为Ts1-Ts4，以及四条圆边，长度为Sc1-Sc4且厚度为Tc1-Tc4。可以改变(即调节)边的长度和厚度以相比现有八角形横截面达到改善的强度和其他性能特征(例如折叠模式的稳定性)。该强度改善进一步省却了增加角厚度的需求，这点是通过微调具有八边(即八角的)横截面的加强件的设计参数(边的长度和厚度)所不可预期和意料之外的优点。
如在图2A-2E中，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域内技术人员可理解的，(例如可根据车辆内的可用组装空间)可改变边的长度Ss1-Ss4以及Sc1-Sc4。此外，尽管未显示，可以类似的方式改变边的厚度Ts1-Ts4以及Tc1-Tc4。然而，本领域内普通技术人员可理解，图2A-2E仅为示例性的，且仅提供用于说明怎样利用设计参数调整图1的示例实施例的横截面。因此，本教导预期具有多种形状和尺寸(即，角的弯曲半径、边的长度和/或厚度)的多种八角横截面构造，可以基于空间要求和/或为控制部件溃缩模式而调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每条直边的长度(Ss1-Ss4)的范围可从大约10mm到大约200mm，且每条圆边的长度(Sc1-Sc4)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
为了证实根据本教导的具有四条直边和四条圆边的八角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考图3-7显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图3中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图4所示，根据本教导的包括四条直边和四条圆边的八角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高碰撞能量吸收。更进一步的，如图5所示，根据本教导的八角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图6显示了用于模拟轴向地施加在具有如图3所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图6所示，对于给定的形成的挤压距离，包含具有四条直边和四条圆边的八角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的八角横截面相比基础八角形横截面获得了大约40％到大约45％的挤压能量吸收增加。
图7显示了用于具有图3所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图7所示，包含具有四条直边和四条圆边的八角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。事实上，根据本教导的八角横截面以大约基础八角形横截面的60％的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
图8显示了根据本教导的八角横截面的另一个示例实施例。如图所示，该横截面包括四条直边，其长度为Ss1-Ss4且厚度为Ts1-Ts4，以及四条椭圆边，其长度为Sc1-Sc4且厚度为Tc1-Tc4。如上所述，可改变(即，调节)边的长度和厚度以达到相比现有八角横截面的改善的强度和其他性能参数(例如折叠模式稳定性)，且可进一步省却增加角厚度的需求。
如图9A-9E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如可根据车辆内的可用组装空间)，可以改变边的长度Ss1-Ss4和Sc1-Sc4以及厚度Ts1-Ts4和Tc1-Tc4(见图9D显示了锥形横截面)。然而，本领域内普通技术人员能理解图9A-9E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图8的示例实施例的横截面。因此，如上，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度和/或厚度)的八角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每条直边的长度(Ss1-Ss4)的范围可从大约10mm到大约200mm，且每条曲边的长度(Sc1-Sc4)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可以不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
为了证实根据本教导的具有四条直边和四条曲边的八角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下参考图10-14显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如上，如图10中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图11所示，根据本教导的包括四条直边和四条椭圆边的八角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图12所示，根据本教导的八角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图13显示了用于模拟轴向地施加在具有如图10所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图13所示，对于给定的形成的挤压距离，包含具有四条直边和四条椭圆边的八角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角横截面能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的八角横截面相比基础八角形横截面获得了大约35％到大约40％的挤压能量吸收增加。
图14显示了用于具有图10所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图14所示，包含具有四条直边和四条椭圆边的八角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。事实上，根据本教导的八角横截面以大约基础八角形横截面的65％的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
因此，根据本教导的八角横截面(具有四条直边和四条曲边)可允许相比例如基础八角形加强件横截面的改善的撞击能量管理，同时最小化每单位长度的质量。
在多个另外的示例实施例中，根据本教导的加强件可包括具有八条直边和四条曲边的十二角横截面。图15显示了根据本教导的十二角横截面的一个示例实施例。如图所示，该横截面包括八条直边，其长度为Ss1-Ss8且厚度为Ts1-Ts8，以及四条曲边，其长度为Sc1-Sc4且厚度为Tc1-Tc4，以及十二个内角θi1-θi12。如上所述，可改变(即，调节)边的长度和厚度以及内角的角度以达到相比现有十二边横截面的改善的强度和其他性能特征(例如折叠模式稳定性)。该强度改善可进一步省却增加角厚度的需求，这点是通过微调具有十二边(即十二角的)横截面的加强件的设计参数(边的长度和厚度，以及内角角度)所不可预期和意料之外的优点。
如图16A-16E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的，(例如，可根据车辆内的可用组装空间)可以改变边的长度Ss1-Ss8和Sc1-Sc4(见图16A-16C)以及内角的角度θi1-θi12(见图16D和16E)。此外，尽管未显示，可以类似方式改变边的厚度Ts1-Ts8和Tc1-Tc4。然而，本领域内普通技术人员能理解图16A-16E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图15的示例实施例的横截面。因此，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度和/或内角角度)的十二角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每条直边的长度(Ss1-Ss8)的范围可从大约10mm到大约200mm，且每条曲边的长度(Sc1-Sc4)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约60度到大约145度。
为了证实根据本教导的具有八条直边和四条曲边的十二角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下参考图17-21显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图17中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图18所示，根据本教导的包括八条直边和四条圆边的十二角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图19所示，根据本教导的十二角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图20显示了用于模拟轴向地施加在具有如图17所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图20所示，对于给定的形成的挤压距离，包含具有八条直边和四条圆边的十二角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角横截面能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的十二角横截面相比现有十二边横截面获得了大约25％到大约35％的挤压能量吸收增加。
图21显示了用于具有图17所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图21所示，包含具有八条直边和四条圆边的十二角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。事实上，根据本教导的十二角横截面以大约75％的现有基础十二边横截面的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
图22显示了根据本教导的十二角横截面的一个示例实施例。如图所示，该横截面包括八条直边，其长度为Ss1-Ss8且厚度为Ts1-Ts8，以及四条椭圆边，其长度为Sc1-Sc4且厚度为Tc1-Tc4，以及十二个内角θi1-θi12。如上所述，可改变(即，调节)边的长度和厚度以及角度以达到相比现有十二边横截面的改善的强度和其他性能参数(例如折叠模式稳定性)，且可进一步省却增加角厚度的需求。
如图23A-23E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如，可根据车辆内的可用组装空间)，可以改变边的长度Ss1-Ss8和Sc1-Sc4(见图23A-23C)以及内角的角度θi1-θi12(见图23D-23E)。此外，尽管未显示，可以类似方式改变边的厚度Ts1-Ts8和Tc1-Tc4。此外，尽管未显示，可以类似方式改变边的厚度Ts1-Ts8和Tc1-Tc4。然而，本领域内普通技术人员能理解图23A-23E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图22的示例实施例的横截面。因此，如上，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度和/或内角角度)的十二角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每条直边的长度(Ss1-Ss8)的范围可从大约10mm到大约200mm，且每条曲边的长度(Sc1-Sc4)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约60度到大约145度。
为了证实根据本教导的具有四条直边和四条椭圆边的十二角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下参考图24-28显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如上，如图24中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图25所示，根据本教导的包括八条直边和四条椭圆边的十二角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图26所示，根据本教导的十二角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图27显示了用于模拟轴向地施加在具有如图24所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图27所示，对于给定的形成的挤压距离，包含具有八条直边和四条椭圆边的十二角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角横截面能承受更高的挤压力。实际上，再次地，根据本教导的十二角横截面相比现有的十二边横截面获得了大约25％到大约30％的挤压能量吸收增加。
图28显示了用于具有图24所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图28所示，包含具有八条直边和四条椭圆边的十二角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。并且，再次地，根据本教导的十二角横截面以大约现有基础十二角形横截面的75％的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
因此，根据本教导的十二角横截面(具有八条直边和四条曲边)可允许相比例如基础多边形加强件横截面和现有十二边横截面的改善的撞击能量管理，同时最小化每单位长度的质量。
在多个另外的示例实施例中，根据本教导的加强件可包括十四角横截面。图29显示了根据本教导的十四角横截面的一个示例实施例。如图所示，该横截面包括十四条边，其长度为S1-S14且厚度为T1-T14，以及十二个内角，其角度为θi1-θi12以及两个外角角度为θe1和θe2。可改变(即，调节)边的长度和厚度以及内角和外角角度以达到相比现有加强件的横截面的改善的强度和其他性能特征(例如褶皱模式稳定性)。该强度改善可进一步省却增加角厚度的需求，这点是通过微调具有十四边(即十四角的)横截面的加强件的设计参数(边的长度和厚度，内角角度以及外角角度)所不可预期和意料之外的优点。
如图30A-30E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如，可根据车辆内的可用组装空间)可以改变边的长度S1-S14(见图30B)和厚度T1-T14(见图30E，显示了锥形的边)以及外角的角度θe1和θe2(见图30C和30D)。此外，尽管未显示，可以类似方式改变内角的角度θi1-θi12。然而，本领域内普通技术人员会理解图30A-30E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图29的示例实施例的横截面。因此，如上，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度、内角和/或外角)的十四角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制部件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的特定实施例中，例如，每条边的长度(S1-S14)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约95度到大约145度，且每个外角(θe1和θe2)范围可从大约5度到大约130度。
为了证实根据本教导的十四角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下参考图31-35显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图31中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的加强件的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图32所示，根据本教导的十四角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图33所示，根据本教导的十四角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图34显示了用于模拟轴向地施加在具有如图31所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图34所示，对于给定的形成的挤压距离，具有十四角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角横截面能承受更高的挤压力。
图35显示了用于具有图31所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图35所示，具有十四角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。
为了进一步证实根据本教导的十四角横截面相比基础十四边横截面设计的改善的强度和性能特征，如上，如参考图36-40显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图36中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。如上，随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图37所示，根据本教导的十四角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图38所示，根据本教导的十四角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图39显示了用于模拟轴向地施加在具有如图36所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图39所示，对于给定的形成的挤压距离，具有根据本教导的十四角横截面的该加强件相比其他十四边横截面(即，基础十四边多边形(十四边形)和十四边瓦楞纸多边形)能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的十四角横截面相比十四边形获得了大约35％到大约45％的挤压能量吸收增加。
图40显示了用于具有图36所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图40所示，具有根据本教导的十四角横截面的该加强件相比其他十四边横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。事实上，根据本教导的十四角横截面以大约为十四边形的65％的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
因此，根据本教导的十四角横截面可允许相比例如基础多边形加强件横截面(包括基础十四边多边形横截面)的改善的撞击能量管理，同时最小化每单位长度的质量。
在多个另外的示例实施例中，根据本教导的加强件可包括十六角横截面。图41显示了根据本教导的十六角横截面的一个示例实施例。如图所示，该横截面包括十六条边，其长度为S1-S16且厚度为T1-T16，以及十二个内角，角度为θi1-θi12以及四个外角角度为θe1-θe4。可改变(即，调节)边的长度和厚度以及内角和外角角度以达到相比现有加强件的横截面的改善的强度和其他性能特征(例如折叠模式稳定性)。该强度改善可进一步省却增加角厚度的需求，这点是通过微调具有十六边(即十六角的)横截面的加强件的设计参数(边的长度、厚度、内角和外角)所不可预期和意料之外的优点。
如图42A-42E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如，可根据车辆内的可用组装空间)，可以改变边的长度S1-S16(见图42D和42E)和厚度T1-T16(见图42B，显示了锥形的边)以及内角角度θi1-θi12和外角的角度θe1-θe4(见图42C)。然而，本领域内普通技术人员能理解图42A-42E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图41的示例实施例的横截面。因此，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度、内角和/或外角)的十六角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制部件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每个边的长度(S1-S16)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约25度到大约145度，且每个外角(θe1-θe4)范围可从大约25度到大约150度。
为了证实根据本教导的十六角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考附图43-47显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图43中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图44所示，根据本教导的十六角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图45所示，根据本教导的十六角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图46显示了模拟轴向地施加在具有如图43所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图46所示，对于给定的形成的挤压距离，具有十六角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形以及八角形横截面能承受更高的挤压力。
图47显示了具有图43所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图47所示，具有十六角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形以及八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。
为了进一步证实根据本教导的十六角横截面相比基础十六边横截面设计的改善的强度和性能特征，如下参考图48-52显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图48中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。如上，随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图49所示，根据本教导的十六角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图50所示，根据本教导的十六角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图51显示了用于模拟轴向地施加在具有如图48所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图51所示，对于给定的形成的挤压距离，具有根据本教导的十六角横截面的该加强件相比其他十六边横截面(即，基础十六边多边形(十六边形)和十六边瓦楞纸多边形)能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的十六角横截面相比十六边形获得了大约50％到大约55％的挤压能量吸收增加。
图52显示了用于具有图48所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图52所示，具有根据本教导的十六角横截面的该加强件相比其他十六边横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。实际上，根据本教导的十六角横截面以大约为十六边形的55％的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
图53显示了根据本教导的十六角横截面的另一个示例实施例。如图所示，该横截面包括十六条边，其长度为S1-S16且厚度为T1-T16，以及十二个内角，角度为θi1-θi12以及四个外角角度为θe1-θe4。如上，可改变(即，调节)边的长度和厚度以及内角和外角角度以达到相比现有加强件的横截面的改善的强度和其他性能特征(例如褶皱模式稳定性)，其可进一步省却增加角厚度的需求。
如图54A-54E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如，可根据车辆内的可用组装空间)，可以改变边的长度S1-S16(见图54A-54D)和厚度T1-T16(见图54E，显示了锥形的边)以及内角角度θi1-θi12和外角的角度θe1-θe4(见图54A-54D)。然而，本领域内普通技术人员能理解图54A-54E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图53的示例实施例的横截面。因此，如上，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度和/或内角角度)的十六角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制部件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每个边的长度(S1-S16)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些额外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约25度到大约145度，且每个外角(θe1-θe4)范围可从大约25度到大约150度。
如上，为了证实根据本教导的十六角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考附图55-59显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图55中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图56所示，根据本教导的十六角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图57所示，根据本教导的十六角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图58显示了用于模拟轴向地施加在具有如图45所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图58所示，对于给定的形成的挤压距离，具有十六角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形和八角形横截面能承受更高的挤压力。
图59显示了用于具有图55所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图59所示，具有十六角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形以及八角形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。
如上，为了证实根据本教导的十六角横截面相比多个基础十六边横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考附图60-64显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图60中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图61所示，根据本教导的十六角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图62所示，根据本教导的十六角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图63显示了用于模拟轴向地施加在具有如图60所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图63所示，对于给定的形成的挤压距离，具有根据本教导的十六角横截面的该加强件相比其他十六边横截面(即，基础十六边多边形(十六边形)和十六边瓦楞纸多边形)能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的十六角横截面相比十六边形获得了大约50％到大约60％的挤压能量吸收增加。
图64显示了用于具有图60所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图64所示，具有根据本教导的十六角横截面的该加强件相比其他十六边形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。实际上，根据本教导的十六角横截面以大约为50％的十六边形的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
因此，据本教导的十六角横截面可允许相比例如基础多边形加强件横截面(包括基础十六边多边形横截面)的改善的撞击能量管理，同时最小化每单位长度的质量。
在多个另外的示例实施例中，根据本教导的加强件可包括二十角横截面。图65显示了根据本教导的二十角横截面的一个示例实施例。如图所示，该横截面包括二十条边，其长度为S1-S20且厚度为T1-T20，十二个内角，角度为θi1-θi12以及八个外角角度为θe1-θe8。可改变(即，调节)边的长度和厚度以及内角和外角角度以达到相比现有加强件的横截面的改善的强度和其他性能特征(例如褶皱模式稳定性)。该强度改善可进一步省却增加角厚度的需求，这点是通过微调具有二十边(即二十角的)横截面的加强件的设计参数(边的长度、厚度、内角和外角)所不可预期和意料之外的优点。
如图66A-66E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如，可根据车辆内的可用组装空间)，可以改变边的长度S1-S20(见图66A)和厚度T1-T20(见图66B和66E，显示了锥形的边)以及内角角度θi1-θi12和外角的角度θe1-θe8(见图66B和66D)。然而，本领域内普通技术人员能理解图66A-66E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图65的示例实施例的横截面。因此，如上，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度、内角和/或外角角度)的二十角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制部件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每个边的长度(S1-S20)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在特定实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约25度到大约145度，且每个外角(θe1-θe8)范围可从大约25度到大约150度。
为了证实根据本教导的二十角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考附图67-71显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图67中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图68所示，根据本教导的二十角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图69所示，根据本教导的二十角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图70显示了用于模拟轴向地施加在具有如图67所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图70所示，对于给定的形成的挤压距离，具有二十角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形、八角形以及现有的二十角横截面能承受更高的挤压力。
图71显示了用于具有图67所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图71所示，具有二十角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形、八角形以及现有的二十角横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。
为了证实根据本教导的二十角横截面相比基础二十边横截面设计的改善的强度和性能特征，如上，如下面参考附图72-76显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图72中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。如上，随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图73所示，根据本教导的二十角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图74所示，根据本教导的二十角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图75显示了用于模拟轴向地施加在具有如图72所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图75所示，对于给定的形成的挤压距离，具有根据本教导的二十角横截面的该加强件，相比其他二十边横截面(即，基础二十边多边形(二十边形)和二十边瓦楞纸多边形)能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的二十角横截面相比二十边形获得了大约55％到大约65％的挤压能量吸收增加。
图76显示了用于具有图72所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图76所示，具有二十角横截面的该加强件相比其他二十边形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。实际上，根据本教导的二十角横截面以大约为45％的二十边形的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
图77显示了根据本教导的二十角横截面的另一个示例实施例。如图所示，该横截面包括二十条边，其长度为S1-S20且厚度为T1-T20，以及十二个内角，角度为θi1-θi12以及八个外角角度为θe1-θe8。如上，可改变(即，调节)边的长度和厚度以及内角和外角角度以达到相比现有加强件的横截面的改善的强度和其他性能特征(例如褶皱模式稳定性)，并且其可进一步省却增加角厚度的需求。
如图78A-78E所示，例如，根据本教导的多个实施例，如本领域的技术人员可理解的(例如，可根据车辆内的可用组装空间)，可以改变边的长度S1-S20(见图78A-78D)和厚度T1-T20(见图78E，显示了锥形的边)以及内角角度θi1-θi12和外角的角度θe1-θe8(见图78A-78D)。然而，本领域内普通技术人员能够理解图78A-78E仅为示例性的，且仅提供其用于说明怎样利用设计参数模拟图77的示例实施例的横截面。因此，如上，本教导预期多个具有多个形状和尺寸(即，角的曲率半径、边的长度、厚度、内角和/或外角)的二十角横截面构造，可以基于空间需求和/或控制部件溃缩模型调节该形状和尺寸。
在本教导的一些实施例中，例如，每个边的长度(S1-S20)的范围可从大约10mm到大约200mm。在一些另外的实施例中，这些边和角的厚度可为从大约0.7mm到大约6.0mm；且在一些实施例中，边的厚度与角的厚度大体相同。此外，根据一些另外的示例实施例，加强件的厚度可不同，例如，在一边内变化或者各边不同以优化整体轴向挤压和弯曲性能。
在本教导的一些实施例中，每个内角角度(θi1-θi12)范围可从大约25度到大约145度，且每个外角(θe1-θe8)范围可从大约25度到大约150度。
如上，为了证实根据本教导的二十角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考附图79-83显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图79中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图80所示，根据本教导的二十角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图81所示，根据本教导的二十角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图82显示了用于模拟轴向地施加在具有如图79所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图82所示，具有二十角横截面的该加强件，对于给定的形成的挤压距离相比方形、六角形、圆形、八角形以及现有的十二边横截面能承受更高的挤压力。
图83显示了用于具有图79所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图83所示，具有二十角横截面的该加强件相比方形、六角形、圆形、八角形以及现有的十二边横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。
如上，为了进一步证实根据本教导的二十角横截面相比多个现有横截面设计的改善的强度和性能特征，如下面参考附图84-88显示和描述的，构建了示例加强件模型并进行了实验测试。
如图84中所示，构建了具有不同形状(即，横截面)而具有相同厚度、长度和周长的加强件(例如，每个部件质量大约为1.22Kg)的模型。如上，随后针对每个部件进行模拟具有相同刚度质量(例如，撞击器)、撞击速度和初始动能的撞击实验。如图85所示，根据本教导的二十角横截面证实了最稳定的轴向溃缩和最高挤压能量吸收。更进一步的，如图86所示，根据本教导的二十角横截面还证实了最短的挤压距离和最小的褶皱长度。
图87显示了用于模拟轴向地施加在具有如图84所示的横截面的示例加强件上的撞击的挤压力(千牛)和关联的轴向挤压距离(毫米)。如图87所示，同样地，对于给定的形成的挤压距离，具有二十角横截面的该加强件相比其他二十边横截面(即，基础二十边多边形(二十边形)和二十边瓦楞纸多边形)能承受更高的挤压力。实际上，根据本教导的二十角横截面相比二十边形获得了大约60％到大约70％的挤压能量吸收增加。
图88显示了用于具有图84所示的横截面的示例加强件的轴向挤压能量(千牛-毫米)以及关联的轴向挤压距离(毫米)。如图88所示，再次地，具有二十角横截面的该加强件相比其他二十边形横截面可以更短的距离吸收该撞击的总动能(即22983千牛-毫米)。实际上，根据本教导的二十角横截面以大约为43％的二十边形的轴向挤压距离吸收了总轴向挤压能量。
因此，根据本教导的二十角横截面可允许相比例如基础多边形加强件横截面(包括基础二十边多边形横截面)的改善的撞击能量管理，同时最小化每单位长度的质量。
因此，如上示例实施例所示，根据本教导的加强件配置用于相较于基础多边形设计(包括具有相同边数的多边形加强件)实现强度增加，同时还允许设计灵活性以更好地满足车辆空间要求。因此，根据本教导的加强件可用于替代现有的加强件横截面设计(包括传统和非传统的)。尽管本教导以示例实施例的方式进行揭示以便促使更好的理解，应当理解，可以多种方式实施本教导而不背离其范围。因此，本发明应当被理解为包括所有可能的能够实施的而不背离权利要求书限定的本发明范围的实施例。
本教导的多个示例实施例预期了，例如，包含有不同弯曲半径的角、包含非均匀横截面(例如有不对称形状)的、和/或包含可变厚度(例如，具有锥形边)的边的加强件。多个另外的示例实施例预期弯曲的和/或曲线的加强件。此外，如本领域内普通技术人员可理解的，为了进一步调节元件的褶皱模型和/或最高负荷承受力，多个另外的示例实施例还预期包含触发孔、凸缘和/或卷边等的加强件。
更进一步的，根据本教导的多角加强件被预期与一系列结构件一起使用，例如，粉碎罐(crush cans)、前纵梁，中护栏、后纵梁、纵梁、枪型结构(shotguns)、横梁、车顶结构、腰线管(beltline tubes)、门梁、车柱、内部加强件以及其他可利用增强的碰撞能量吸收获得益处的部件。另外，本教导可应用于框架车身和一体化车辆或者其他结构。因此，取决于应用，本教导的实施例可包含不同形状(不同横截面)以容纳于特定的部件限制空间内。例如，当用作为车辆前纵梁时，为了获得优化的轴向挤压性能，可调整(即调节)边的长度和厚度和/或角的角度以提供优化的强度、尺寸和形状以满足发动机舱的限制。
尽管在此描述的多个示例实施例已经被描述为配置用于机动车辆，可以设想到根据本教导的多个加强件可配置用于期望提供加强的碰撞能量吸收的其它类型的车辆和/或结构。因此，本领域内普通技术人员应当理解具有该优势的本教导可为多种应用提供加强件。通过本说明书，本教导的多个方面的进一步的变形和替换实施例对本领域内的技术人员将变得显而易见。
应当理解在此作出的特定示例和实施例为非限制性的，且可以作出对结构、尺寸、材料和方法的变形而不会背离本教导的范围。
为了本说明书以及权利要求地目的，除非有相反指示，在本说明书中和权利要求书中所有表达数量、百分数或者比例以及其他数值的数字在所有情形下都应当被理解为通过词语“大约”修饰。相应地，除非有相反指示，在说明书和权利要求书中的数字参数为近似值，其可取决于本发明期望的希望获得的性能而改变。至少，不作为试图限制权利要求范围等同原则应用，每个数字参数应当至少参考有效数字的数目以及通过应用普通四舍五入(ordinary rounding)方法解释。
尽管提出本教导的宽范围的数字范围和参数为近似值，在具体实施例中提出的数据值为尽可能精确地报告的。然而任何数字值，固有地包含了一定的源于在它们相应的测试测量中的标准偏差的必然的误差。此外，在此揭示的所有范围应当被理解为涵盖任何和所有纳入其中的次级-范围。
应当注意，如在本说明书和权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”、“该/所述”包括了复数指代除非明确清楚地限定为一个指代。如在此使用的，术语“包括”以及语法上变化形式意图为非限制性的，这样使引用的列表/清单中的项不排除其他可替代或者可添加至所列项中的类似项。
显而易见地，本领域内技术人员可以针对本发明的设备和方法作出多个修改和变形而不会背离本教导的范围。参考说明书以及在此揭示的教导的实施，本发明的其他实施例对于本领域内技术人员将会变得显而易见。本说明书和在此描述的实施例意图仅作为示例性的。

Claims (23)

1.一种用于机动车辆的加强件，所述加强件包含包括边和角的八角横截面，所述边包含四条直边和四条曲边，其中每条所述直边的长度的范围为从大约10mm到大约200mm，且每条所述曲边的范围为从大约10mm到大约200mm。
2.如权利要求1所述的加强件，其中所述曲边为半圆形。
3.如权利要求1所述的加强件，其中所述曲边为半椭圆形。
4.如权利要求1所述的加强件，其中所述横截面的所述角具有与所述横截面的所述边大体相同的厚度。
5.如权利要求1所述的加强件，其中所述边与所述角的厚度为从大约0.7mm到大约6.0mm。
6.一种用于机动车辆的加强件，其中所述加强件包含包括边和角的十二角横截面，所述边包含八条直边和四条曲边，其中每条所述直边的长度的范围为从大约10mm到大约200mm，且每条所述曲边的范围为从大约10mm到大约200mm。
7.如权利要求6所述的加强件，其中所述曲边为半圆形。
8.如权利要求6所述的加强件，其中所述曲边为半椭圆形。
9.如权利要求6所述的加强件，其中所述边和角形成十二内角，其中每个所述内角范围为从大约60度到大约145度。
10.如权利要求6所述的加强件，其中所述横截面的所述角具有与所述横截面的所述边大体相同的厚度。
11.如权利要求6所述的加强件，其中所述边与所述角的厚度为从大约0.7mm到大约6.0mm。
12.一种用于机动车辆的加强件，其中所述加强件包括包含边和角形成的十二个内角和两个外角的十四角横截面，其中每个内角范围为大约95度到大约145度且每个外角角度为大约5度到大约130度。
13.如权利要求12所述的加强件，其中每条所述边的长度为从大约5mm到大约200mm。
14.如权利要求12所述的加强件，其中所述横截面的所述角具有与所述横截面的所述边大体相同的厚度。
15.如权利要求12所述的加强件，其中所述边与所述角的厚度为从大约0.7mm到大约6.0mm。
16.一种用于机动车辆的加强件，其中所述加强件包含包括边和角形成的十二个内角和四个外角的十六角横截面，其中每个内角范围为大约25度到大约145度且每个外角角度为大约25度到大约150度。
17.如权利要求16所述的加强件，其中每条所述边的长度为从大约5mm到大约200mm。
18.如权利要求16所述的加强件，其中所述横截面的所述角具有与所述横截面的所述边大体相同的厚度。
19.如权利要求16所述的加强件，其中所述边与所述角的厚度为从大约0.7mm到大约6.0mm。
20.一种用于机动车辆的加强件，其中所述加强件包含包括边和角形成的十二个内角和八个外角的二十角横截面，其中每个内角范围为大约25度到大约145度且每个外角角度为大约25度到大约150度。
21.如权利要求20所述的加强件，其中每条所述边的长度为从大约5mm到大约200mm。
22.如权利要求20所述的加强件，其中所述横截面的所述角具有与所述横截面的所述边大体相同的厚度。
23.如权利要求20所述的加强件，其中所述边与所述角的厚度为从大约0.7mm到大约6.0mm。
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