CN105383569A - 双梯度强度客车立柱结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：由纵向梯度强度立柱和横向填充梯度密度泡沫材料组成。由于本发明横向填充梯度密度泡沫材料沿梯度强度L型板的长度方向贴合在梯度强度L型板内侧壁上，能保证客车在侧翻过程中，客车闭环结构关键部件立柱的碰撞力和对应位置的强度相匹配，使客车侧围各部件受力更加均匀，更有利于卸载外面的冲击载荷。此外，本发明的横向填充梯度密度泡沫材料增强了立柱刚度，并使客车侧翻时更稳定的吸能，降低二次碰撞时的伤亡。同时泡沫材料还起到隔音、隔热的效果，提高客车的侧翻安全性和舒适性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种客车结构，特别是涉及一种双梯度强度客车立柱结构。
背景技术
道路客运发展迅速，客运车辆已成为我国公民出行的主要交通工具之一，因此客运车辆事故是特大交通事故的主体，占特大事故总数的70％，而侧翻是客车事故中最严重的交通事故，容易造成大的交通伤亡。因此如何最大程度的提高客车侧翻性能已成为研究的重点。
客车发生侧翻碰撞时，首先是侧围着地发生变形，整个侧翻过程中，客车侧围骨架的闭环结构是主要的吸能部件，而侧围中变形最大的是立柱。因此客车闭环结构中的立柱设计是客车侧翻安全性能设计的重点。
目前一般的客车侧围设计都是对侧围结构和尺寸进行改进，如添加强度板，尺寸加厚等都会增加客车重量，不利于燃油经济性。并且其对提高客车侧翻安全性能的效果不是很理想。客车在侧翻过程中侧围顶端先着地，客车立柱从上至下所受力矩逐渐增大。因此为保证客车侧围受力均匀和较小的发生变形，开发出一种双梯度强度客车立柱结构，立柱从上至下强度递增，与客车侧翻时立柱不同位置所受不同大小的力匹配，使立柱整体刚度增强；现有的客车闭环结构在侧翻碰撞时，各部件的吸能效果都不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隔音、隔热的效果好且更加舒适、安全的双梯度强度客车立柱结构。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种双梯度强度客车立柱结构，由纵向梯度强度立柱和横向填充梯度密度泡沫材料组成；所述的纵向梯度强度立柱由两块梯度强度L型板在顶部对角焊接而成，形成门字型框架；所述的横向填充梯度密度泡沫材料沿梯度强度L型板的长度方向贴合在梯度强度L型板内侧壁上；所述的横向填充梯度密度泡沫材料由多层泡沫材料构成，各层泡沫材料依次叠合在一起且通过工业胶水粘接，各层泡沫材料的密度从远离纵向梯度强度立柱的内侧(靠近生存空间)向靠近纵向梯度强度立柱的外侧呈梯度增加。
所述的纵向梯度强度立柱的屈服强度屈服是自上而下逐渐变大,呈梯度变化。
所述的纵向梯度强度立柱的屈服强度从上至下分为十个强度递增的区间。
所述的纵向梯度强度立柱每层屈服强度变化区间为：第一层屈服强度变化区间为200～300Mpa,第二层屈服强度变化区间为300～400Mpa,第三层屈服强度变化区间为400～500Mpa,第四层屈服强度变化区间为500～600Mpa。第五层屈服强度变化区间为600～700Mpa,第六层屈服强度变化区间为700～800Mpa,第七层屈服强度变化区间为800～900Mpa,第八层屈服强度变化区间为900～1000Mpa，第九层屈服强度变化区间为1000～1100Mpa,第十层屈服强度变化区间为1100～1200Mpa。
所述的横向填充梯度密度泡沫材料由五层泡沫材料构成。
所述的横向填充梯度密度泡沫材料的密度为：第一层泡沫材料密度为200KG/m3，第二层泡沫材料密度为300KG/m3，第三层泡沫材料密度为400KG/m3，第四层泡沫材料密度为500KG/m3，第五层泡沫材料密度为600KG/m3。
采用上述结构后，由于本发明由纵向梯度强度立柱和横向填充梯度密度泡沫材料组成，横向填充梯度密度泡沫材料沿梯度强度L型板的长度方向贴合在梯度强度L型板内侧壁上，能保证客车在侧翻过程中，客车闭环结构关键部件立柱的碰撞力和对应位置的强度相匹配，使客车侧围各部件受力更加均匀，更有利于卸载外面的冲击载荷，避免了客车侧围发生过大的塑性变形。此外，本发明的横向填充梯度密度泡沫材料增强了立柱刚度，并使客车侧翻时更稳定的吸能，降低二次碰撞时的伤亡。同时泡沫材料还起到隔音、隔热的效果，提高客车的侧翻安全性和舒适性能。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的轴测图；
图2是本发明的立体分解图；
图3是图1沿A-A线的剖视图；
图4为本发明纵向梯度强度立柱每层屈服强度变化区间的示意图；
图5为本发明横向填充梯度密度泡沫材料的轴测图；
图6为本发明横向填充梯度密度泡沫材料的横截面图；
图7为本发明应用于客车的闭环结构示意图；
图8为ECE-R66法规规定的客车侧翻示意图；
图9为未采用双梯度强度立柱结构前客车的侧翻仿真示意图；
图10为采用了双梯度强度立柱结构后的客车侧翻仿真示意图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明是一种双梯度强度客车立柱结构，由纵向梯度强度立柱1和横向填充梯度密度泡沫材料2组成。
所述的纵向梯度强度立柱1由两块梯度强度L型板11、12在顶部对角焊接而成，形成门字型框架。所述的纵向梯度强度立柱1的屈服强度不同位置的屈服强度不是一个定值，而是自上而下(即：从顶围横梁位置至底架横梁位置)逐渐变大,呈梯度变化，从上至下分为十个强度递增的区间。结合图4所示，所述的纵向梯度强度立柱1每层屈服强度变化区间为：第一层屈服强度变化区间为200～300Mpa,第二层屈服强度变化区间为300～400Mpa,第三层屈服强度变化区间为400～500Mpa,第四层屈服强度变化区间为500～600Mpa。第五层屈服强度变化区间为600～700Mpa,第六层屈服强度变化区间为700～800Mpa,第七层屈服强度变化区间为800～900Mpa,第八层屈服强度变化区间为900～1000Mpa，第九层屈服强度变化区间为1000～1100Mpa,第十层屈服强度变化区间为1100～1200Mpa。
所述的梯度强度L型板11、12采用热冲压成型工艺加工而成，首先将常温下的L型硼合金钢板加热到880～950℃，使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成型，最后快速冷却，将奥氏体转变为马氏体，使冲压件得到硬化，大幅度提高强度。冷却时控制梯度强度L型板11、12不同位置的冷却速度，使得梯度强度L型板11、12不同位置的强度可控，且逐渐呈梯度变化。所述的梯度强度L型板11、12强度分成10层，两块梯度强度L型板11、12从顶围横梁(图4中对应1A位置)至底架横梁(图3中对应10A位置)强度依次增强。当两块梯度强度L型板11、12通过热冲压成型加工出来后，然后将两块梯度强度L型板11、12焊接成纵向梯度强度立柱1。
在加工时，本发明的梯度强度L型板11、12是通过热冲压成型工艺加工出来的一整块强度板，控制带有冷却系统的模具不同位置的冷却速度使得梯度强度L型板11、12强度从上至下分为10个强度递增的区间。本发明可以根据不同客车车型的需求来定义纵向梯度强度立柱的层数和每层的强度变化区间。
如图3、图5、图6所示，所述的横向填充梯度密度泡沫材料2(泡沫铝、泡沫镁等轻质材料)沿梯度梯度强度L型板11的长度方向贴合在梯度强度L型板11内侧壁上；所述的横向填充梯度密度泡沫材料2由五层泡沫材料21、22、23、24、25构成，五层泡沫材料21、22、23、24、25依次叠合在一起且通过工业胶水粘接，五层泡沫材料21、22、23、24、25的密度从远离纵向梯度强度立柱1的内侧(靠近生存空间)向靠近纵向梯度强度立柱1的外侧呈梯度增加。所述的横向填充梯度密度泡沫材料2的密度为：第一层泡沫材料21密度为200KG/m3左右，第二层泡沫材料22密度为300KG/m3左右，第三层泡沫材料23密度为400KG/m3左右，第四层泡沫材料24密度为500KG/m3左右，第五层泡沫材料25密度为600KG/m3左右。本发明可以根据需求来定义泡沫材料的层数和每层所填充的泡沫材料密度大小。
现有热成形梯度强度板的实现过程是指零件热冲压过程中根据其性能要求,通过控制其不同位置冷却速度来影响奥氏体转化为马氏体的程度,从而得到屈服强度及硬度呈现梯度变化的零件。热成形零件的最大抗拉强度能够达到1500Mpa、最大屈服强度能够达到1200MPa。实现板材程梯度强度有四种方法:1)、板料的不同位置加热至不同温度。2)、加热冲压模具,使其不同位置的温度不同。3)、使用不同的冲压模具材料,使其不同位置的传热系数不同。4)、模具与板材不同位置的接触面积不同。
如图1-图3所示，本发明在焊接之前，先将用工业胶水粘连在一起的五层泡沫材料21、22、23、24、25按对应位置放入梯度强度L型板11、12，然后用工业胶水粘接在梯度强度L型板11、12上，便于两块梯度强度L型板11、12的焊接，所填充的梯度密度泡沫材料与L型板位置相对应。接着用焊接工艺焊接两块梯度强度L型板11、12的对角线组成梯度强度立柱。
实验结果：
如图7所示，为了验证本发明的双梯度强度客车立柱结构的侧翻安全性效果，以某款客车10闭环结构为例，按照法规ECE—R66建立客车10侧翻仿真实验(如图8所示)。对替换双梯度强度客车立柱结构之前和之后的客车侧翻安全性进行仿真分析。分析结果显示：替换本发明结构之前，如图9所示，立柱20对客车10生存空间101有明显的入侵；而替换为本发明结构后，如图10所示，立柱20对客车10生存空间101基本没入侵，满足法规要求。因此本发明的双梯度强度客车立柱结构能明显的提高客车的侧翻安全性能。
本发明的重点就在于：采用具有纵向梯度强度的立柱和具有横向填充梯度密度的泡沫材料。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (6)
1.一种双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：由纵向梯度强度立柱和横向填充梯度密度泡沫材料组成；所述的纵向梯度强度立柱由两块梯度强度L型板在顶部对角焊接而成，形成门字型框架；所述的横向填充梯度密度泡沫材料沿梯度强度L型板的长度方向贴合在梯度强度L型板内侧壁上；所述的横向填充梯度密度泡沫材料由多层泡沫材料构成，各层泡沫材料依次叠合在一起且通过工业胶水粘接，各层泡沫材料的密度从远离纵向梯度强度立柱的内侧(靠近生存空间)向靠近纵向梯度强度立柱的外侧呈梯度增加。
2.根据权利要求1所述的双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：所述的纵向梯度强度立柱的屈服强度屈服是自上而下逐渐变大,呈梯度变化。
3.根据权利要求2所述的双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：所述的纵向梯度强度立柱的屈服强度从上至下分为十个强度递增的区间。
4.根据权利要求3所述的双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：所述的纵向梯度强度立柱每层屈服强度变化区间为：第一层屈服强度变化区间为200～300Mpa,第二层屈服强度变化区间为300～400Mpa,第三层屈服强度变化区间为400～500Mpa,第四层屈服强度变化区间为500～600Mpa。第五层屈服强度变化区间为600～700Mpa,第六层屈服强度变化区间为700～800Mpa,第七层屈服强度变化区间为800～900Mpa,第八层屈服强度变化区间为900～1000Mpa，第九层屈服强度变化区间为1000～1100Mpa,第十层屈服强度变化区间为1100～1200Mpa。
5.根据权利要求1所述的双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：所述的横向填充梯度密度泡沫材料由五层泡沫材料构成。
6.根据权利要求5所述的双梯度强度客车立柱结构，其特征在于：所述的横向填充梯度密度泡沫材料的密度为：第一层泡沫材料密度为200KG/m3，第二层泡沫材料密度为300KG/m3，第三层泡沫材料密度为400KG/m3，第四层泡沫材料密度为500KG/m3，第五层泡沫材料密度为600KG/m3。
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