CN103569283B - 一种自毁式塑料吸能结构及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自毁式塑料吸能结构及其用途，该吸能结构为以工程塑料为材料制成的管状结构，管状结构的外表面为光滑曲面，管状结构的内壁设有螺旋式凸起，凸起连接该管状结构的两端，管状结构的横截面可采用圆弧型、方形、多边形，凸起结构之间的间距可以相等可以不等。与现有技术相比，本发明结构在外观上平整光滑，不影响构件的外观设计，可根据设计需求设计成任意形状，具有很高的可设计性，内部因螺旋凸起结构的存在，壁厚厚薄相间，结构有了薄弱和增强的部分，在承担极限荷载时，薄弱部分首先破坏，但因螺旋凸起结构的存在，整体并未破坏，结构破坏将继续沿着壁厚较薄的部位螺旋扩展，这个过程可吸收大量能量。

Description

一种自毁式塑料吸能结构及其用途

技术领域

本发明涉及一种自毁式吸能结构，尤其是涉及一种自毁式塑料吸能结构及其用途。

背景技术

一些结构在使用过程中，会承受爆炸、冲击、地震等极端荷载，若不考虑这种荷载作用，一旦发生就会造成极大的损失。因而一些结构设计就需要考虑这些极端荷载作用，即要求正常使用情况下结构安全性好，极端情况下允许部分破坏但保证结构的整体完整性。在这种设计原则的指导下，结构就需要存在一些自毁的构件，以保证结构在极端荷载作用下发生破坏吸收能量，保护结构整体完整性。

目前一些自毁式吸能构件多采用薄壁形式，这种结构利用薄壁结构的屈曲失稳形式让结构变形过程中吸收能量。再有一种汽车前端的防撞击保护梁，其结构上同样利用薄壁结构组成的蜂窝状栅板，这种栅板利用受撞击时薄板屈曲破坏来吸收能量。这些吸能构件一般作为专门的辅助部件装配于结构整体，一般不作为结构的受力部件；其外形设计因薄壁要求而存在局限。

以上结构在受压力作用时保护作用较好，能利用结构受压屈曲失稳的形式吸收大量能量，而构件的设计屈曲失稳应力往往低于材料的强度；但在构件受拉时，构件的破坏要使构件应力达到和超过材料的强度，所需要的力一般是较大的，这就使得受拉情况下的保护作用明显弱于受压情况下的保护作用。另外，薄壁结构在破坏过程中，其破坏区域往往是不确定的，这取决于构件的制作工艺，材料缺陷位置，这对设计而言无疑增加一些不确定因素。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种外表面光滑、内壁设有凸起、可一体注塑、成本低、吸能效果好的自毁式塑料吸能结构及其用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自毁式塑料吸能结构，该吸能结构为以工程塑料为材料制成的管状结构，所述的管状结构的外表面为光滑曲面，所述的管状结构的内壁设有螺旋式凸起，所述的凸起连接该管状结构的两端。

所述的管状结构为整体注塑成型。

所述的工程塑料为纤维增强塑料或不加纤维塑料。

所述的纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维或不锈钢纤维，所述的塑料包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、ABS或聚酰胺。

所述的管状结构为圆管、方管、椭圆截面管或弧形曲线封闭管。

所述的凸起沿管状结构的内壁螺旋扩展，构成螺旋线连接该管状结构的两端。

所述的凸起的横截面为半圆形、椭圆形、不规则圆弧形、方形或多边形。

所述的凸起的高度可以相等也可以不等，所述的相邻凸起之间的管状结构的壁厚可以相等也可以不等。

相邻的凸起之间的间距可以相等也可以不等，所述的凸起的宽度可以相等也可以不等。

一种自毁式塑料吸能结构的用途，正常使用情况下该结构用于保持美观的管状构件中，在爆炸、冲击或地震引起的极端荷载时，该吸能结构由于内部设有螺旋凸起结构，壁厚厚薄相间，薄弱部分首先破坏，但因螺旋凸起结构的存在，整体并未破坏，结构破坏将沿着壁厚较薄的部位螺旋扩展，这个过程可吸收大量能量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

本发明采用普通工程塑料作为材料，可一体注塑，提生产效率，节约劳动成本，可应用于一般管状结构的吸能设计。本发明通过在管状结构内壁增加凸起，结构外表面仍然是光滑的，不影响结构的外观设计；凸起与凸起之间的壁厚较小，是结构的薄弱部位，破坏将产生在该薄弱部位；凸起螺旋延伸，连接两端，薄弱部位也螺旋延伸，结构破坏过程也将沿着薄弱部位螺旋扩展，整个过程将吸收大量能量。

附图说明

图1为实施例1中本发明的结构示意图；

图2为实施例1中本发明的剖面结构示意图；

图3为实施例2中本发明应用于塑料自行车中管状结构的示意图；

图4为实施例3中本发明的一种凸起结构示意图。

图中1-1为管状结构外表面，1-2为内壁，1-3为内表面凸起，1-4为凸起截面，1-5为凸起间距，2-1为应用结构凸起，2-2为应用结构凹陷，2-3为可应用本发明结构的位置，3-1为凸起截面，3-2为凸起间距。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种自毁式塑料吸能结构，其结构如图1～图2所示，该自毁式塑料吸能结构为一形状为S形的管状结构，管状结构外表面1-1为平整表面，管状结构的内表面由内壁1-2和凸起1-3组成，凸起1-3沿内壁螺旋扩展，连接S形管的两端；如图2所示，凸起1-3的截面形状为半圆形，相邻凸起1-3之间的凸起间距1-4可以相等，也可以不等。

实施例2

一种应用本发明的塑料自行车，其结构如图3所示，其前框架管可应用本发明来设计管内部结构，利用本发明的结构，可将自行车设计成正常使用情况下有足够的强度和刚度，但在极端情况下，比如撞击作用，可保证结构在撞击过程中，方形凸起结构2-1因相对变形较小而保持完整形，相对较薄的凹陷2-2发生破坏，但整个凸起螺旋连接管子两端，破坏会沿着凹陷螺旋扩展，这个过程会吸收大量的能量，从而保证骑车人的人身安全。其他管状部件2-3内部均可应用本发明结构来保护人身安全。

实施例3

一种凸起结构设计，其结构如图4所示。凸起截面3-1为半椭圆形结构，凸起之间间距3-2相等，该凸起结构螺旋扩展，连接外套管状结构两端，在管状结构发生破坏时，优先在凸起间隙间产生，并螺旋扩展，该过程能吸收大量能量。

实施例4

一种注塑吸能结构，采用玻璃纤维增强的聚酰胺制作，外表面为光滑圆台面，内表面存在截面为半圆形凸起，凸起沿内壁螺旋扩展，凸起之间间距(也称螺距)相等，凸起的宽度与凸起间距相等，凸起高度与凸起间薄壁厚度相等，该结构一体注塑成型。

实施例5

一种注塑吸能结构，采用ABS树脂制作，外表面为光滑圆柱面，内表面存在截面为方形凸起，凸起沿内壁螺旋扩展，凸起之间间距(也称螺距)相等，凸起的宽度为凸起间距的2倍，凸起高度为凸起间薄壁厚度1.5倍，该结构一体注塑成型。

实施例6

一种注塑吸能结构，采用连续涤纶纤维增强的聚酰胺树脂制作，结构为S形管状结构，外表面为光滑表面，内表面存在截面为方形形凸起，凸起沿内壁螺旋扩展，连接S形管状结构两端凸起之间间距不等，凸起的宽度为凸起间距的1.5倍，凸起高度与凸起间薄壁厚度相等，该结构一体注塑成型，可用于自行车轮的轮毂与中心轴部件的连接件。

实施例7

一种自毁式塑料吸能结构，结构如图1及图2所示，该吸能结构为以工程塑料为材料制成的管状结构，管状结构的外表面1-1为光滑曲面，管状结构的内壁1-2设有螺旋式凸起1-3，凸起1-3连接该管状结构的两端。管状结构为整体注塑成型。工程塑料为不加纤维塑料。其中纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维或不锈钢纤维，塑料包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、ABS或聚酰胺。管状结构为圆管、方管、椭圆截面管或弧形曲线封闭管。凸起1-3沿管状结构的内壁1-2螺旋扩展，构成螺旋线连接该管状结构的两端。凸起1-3的横截面为半圆形、椭圆形、不规则圆弧形、方形或多边形。凸起1-3的高度可以相等也可以不等，相邻凸起1-3之间的管状结构的壁厚可以相等也可以不等。相邻的凸起1-3之间的间距可以相等也可以不等，凸起1-3的宽度可以相等也可以不等。

一种自毁式塑料吸能结构的用途，该吸能结构可用于在极端情况下自毁吸能，如图3所示，该发明的结构用于自行车正常使用情况下保持美观的管状构件中，其前框架管可应用本发明来设计管内部结构，利用本发明的结构，可将自行车设计成正常使用情况下有足够的强度和刚度，但在极端情况下，比如撞击作用，可保证结构在撞击过程中，方形凸起结构2-1因相对变形较小而保持完整形，相对较薄的凹陷2-2发生破坏，但整个凸起螺旋连接管子两端，破坏会沿着凹陷螺旋扩展，这个过程会吸收大量的能量，从而保证骑车人的人身安全。

Claims (10)

1.一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，该吸能结构为以工程塑料为材料制成的管状结构，所述的管状结构的外表面为光滑曲面，所述的管状结构的内壁设有螺旋式凸起，所述的凸起连接该管状结构的两端。

2.根据权利要求1所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的管状结构为整体注塑成型。

3.根据权利要求1所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的工程塑料为纤维增强塑料或不加纤维塑料。

4.根据权利要求3所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、涤纶纤维或不锈钢纤维，所述的塑料包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、ABS或聚酰胺。

5.根据权利要求1所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的管状结构为圆管、方管、椭圆截面管或弧形曲线封闭管。

6.根据权利要求1所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的凸起沿管状结构的内壁螺旋扩展，构成螺旋线连接该管状结构的两端。

7.根据权利要求1或6所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的凸起的横截面为半圆形、椭圆形、不规则圆弧形、方形或多边形。

8.根据权利要求1或6所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，所述的凸起的高度相等或者不相等，相邻的所述的凸起之间的管状结构的壁厚相等或不相等。

9.根据权利要求1或6所述的一种自毁式塑料吸能结构，其特征在于，相邻的凸起之间的间距相等或不相等，所述的凸起的宽度相等或不相等。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的自毁式塑料吸能结构的用途，其特征在于，正常使用情况下，所述的自毁式塑料吸能结构用于保持美观的管状构件中，在爆炸、冲击或地震引起的极端荷载时，所述的自毁式塑料吸能结构由于内部设有螺旋凸起结构，壁厚厚薄相间，薄弱部分首先破坏，但因螺旋凸起结构的存在，整体并未破坏，结构破坏将沿着壁厚较薄的部位螺旋扩展，这个过程吸收大量能量。