CN107187501A - 负泊松比汽车吸能装置 - Google Patents

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高强
王良模
江怡
王中兴
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Abstract

本发明公开一种负泊松比汽车吸能装置，包括圆盘状顶板(1)和圆盘状底座(2)，在所述顶板(1)与底座(2)之间设有薄壁内圆筒(3)和薄壁外圆筒(6)，所述内圆筒(3)一端与底座(2)固连，另一端与顶板(1)固连，所述外圆筒(6)一端与底座(2)固连，另一端与顶板(1)固连；在所述内圆筒(3)和所述外圆筒(6)之间套装有叠置的多个负泊松比模块(4)，在所述的内圆筒(3)内侧装有吸能填充物(7)。本发明的负泊松比汽车吸能装置，吸能效果更好，结构更稳定。

Description

负泊松比汽车吸能装置
技术领域
本发明属于车辆防撞吸能装置技术领域，特别是一种吸能效果更好的负泊松比汽车吸能装置。
背景技术
汽车车身的防撞能力对保护乘客的安全有着极其重要的作用。为了保证成员的安全，通常会在汽车的前部和尾部安装保险杠系统。为了尽可能的吸收撞击的能量，在保险杠系统中，会加入一个吸能装置。
中国发明专利申请“一种汽车副车架吸能盒”(申请号：200620075281.8，公开日：)公开了一种与前保险杠和汽车纵梁连接的吸能盒，安装于副车架与车身前横梁之间，吸能盒为两端开口的方盒状，包括吸能盒切槽面板、吸能盒侧板和吸能盒平面板，且两端开口沿车身的前后方向设置，吸能盒的方形盒状表面上，设有与车身横向同向的、长条形状的吸能盒切槽，在所在的盒体表面上产生形变。
这种吸能盒在车辆发生碰撞时吸能效果不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负泊松比汽车吸能装置，吸能效果更好。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种负泊松比汽车吸能装置，包括圆盘状顶板1和圆盘状底座2，在所述顶板1与底座2之间设有薄壁内圆筒3和薄壁外圆筒6，所述内圆筒3一端与底座2固连，另一端与顶板1固连，所述外圆筒6一端与底座2固连，另一端与顶板1固连；
在所述内圆筒3和所述外圆筒6之间套装有叠置的多个负泊松比模块4。
优选地，所述每个负泊松比模块4由环状连接层41固接在环状支撑层42上构成，所述支撑层42周向均布有多条沿径向延伸的支撑层突起421，所述连接层41上与支撑层突起421相对应的位置设有沿径向延伸的连接层突起411，所述连接层突起411顶部的下表面与支撑层突起421顶部的上表面固定连接，连接层突起411顶部及两侧翼与支撑层突起421顶部及两侧翼共同围成一径向通道，称为负泊松比单元5。所述连接层突起411顶部的下表面与支撑层突起421顶部的上表面相匹配，使相邻的上一个负泊松比模块4的支撑层底座422的下表面与下一个负泊松比模块4的连接层底座412的上表面密切扣合。
所述吸能填充物7过盈装配于所述内圆筒3的内侧。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
吸能效果更好：
本发明包含多层负泊松比模块。由于负泊松比特性，当受到轴向作用力时，整体会产生一个沿与作用力方向相垂直的方向收缩的效果，从而提高了材料刚度，进一步增强该吸能装置的吸能效果。
负泊松比模块的收缩会作用于薄壁内圆筒和外圆筒结构上，使得薄壁内外圆筒结构发生屈曲，并且薄壁内圆筒会进一步作用于其内侧的吸能填充物上，吸收更多的能量。此外，薄壁内外圆筒结构会增强负泊松比结构在压缩过程中变形模式的稳定性，避免负泊松比结构发生整体弯曲等不利的变形模式，从而拥有更强的吸能效果。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明汽车吸能装置的结构示意图。
图2是图1去除薄壁外圆筒后的结构示意图。
图3是图1的局部剖切图。
图4是负泊松比模块的结构模型图。
图5是负泊松比单元的结构参数示例图。
图6是负泊松比单元的受力分析图。
图7是负泊松比单元的组合受力分析图。
图中，顶板1，前连接板11，底座2，后连接板21，薄壁内圆筒3，负泊松比模块4，负泊松比单元5，连接层41，连接层突起411，连接层底座412，支撑层42，支撑层突起421，支撑层底座422，薄壁外圆筒6，吸能填充物7。
具体实施方式
本发明负泊松比汽车吸能装置，包括圆盘状顶板1和圆盘状底座2，在所述顶板1与底座2之间设有薄壁内圆筒3和薄壁外圆筒6，所述内圆筒3一端与底座2固连，另一端与顶板1固连，所述外圆筒6一端与底座2固连，另一端与顶板1固连；
在所述内圆筒3和所述外圆筒6之间套装有叠置的多个负泊松比模块4；
在所述内圆筒3内侧装配有吸能填充物7。
为将本发明负泊松比汽车吸能装置连接在汽车前保险杠与汽车前纵梁之间，在顶板1边沿设有前连接板11，在底座2边沿设有后连接板21，如图1、图2、图3所示。
优选地，所述每个负泊松比模块4由环状连接层41固接在环状支撑层42上构成，所述支撑层42周向均布有多条沿径向延伸的支撑层突起421，所述连接层41上与支撑层突起421相对应的位置设有沿径向延伸的连接层突起411，所述连接层突起411顶部的下表面与支撑层突起421顶部的上表面固定连接，连接层突起411的顶部及两侧翼与支撑层突起421的顶部及两侧翼共同围成一径向通道称为负泊松比单元5。
负泊松比单元5的截面可以是四边形、内凹四边形、六边形以及内凹六边形中的任意一种。
优选地，所述连接层突起411顶部的下表面形状与支撑层突起421顶部的上表面形状相匹配，使相邻的上一个负泊松比模块4的支撑层底座422的下表面与下一个负泊松比模块4的连接层底座412的上表面密切扣合，如图4所示。
所述负泊松比模块4过盈配合套装在所述内圆筒3和所述外圆筒6之间。
所述吸能填充物(7)过盈装配于所述内圆筒(3)的内侧。
图5是本发明实施例汽车吸能装置的负泊松比单元T的结构参数简图。
将负泊松比单元可简化为一个内凹四边形的结构。内凹四边形结构的设计参数包括L，S，α和β，改变其中的任一参数都可以改变负泊松比单元的负泊松比特性，从而改变该汽车吸能装置的吸能效果。
图6是本发明实施例汽车吸能装置的负泊松比单元T的受力分析图。
当其在B处受到如图所示的下压作用力F时，则A、B、C将分别运动到A’、B’、C’处，从而产生一个沿与作用力方向相垂直的方向收缩的效果。
图7是本发明实施例汽车吸能装置的负泊松比单元的组合受力分析图。
当由多个负泊松比单元T组合而成的多个负泊松比模块受到如图所示的作用力时，因为其具有的负泊松比特性，整体会产生一个沿与作用力方向相垂直的方向收缩的效果，从而提高了材料刚度，进一步增强该吸能装置的吸能效果。
负泊松比结构的收缩会作用于薄壁内外圆筒结构，使得薄壁内外圆筒结构发生屈曲，并且薄壁内圆筒会进一步的作用于其内侧的吸能填充物上，吸收更多的能量。此外，薄壁内外圆筒结构会增强负泊松比结构在压缩过程中变形模式的稳定性，避免负泊松比结构发生整体弯曲等不利的变形模式。
此外，支撑层、连接层、薄壁内外圆筒结构以及吸能填充物可以由不同种材料制成，例如：底座和支撑层由尼龙材料制成、顶部和连接层以及薄壁内外圆筒结构由聚氨酯材料制成，而吸能填充物来由泡沫铝制成。
本发明汽车吸能装置的其它实施方式中，可以通过改变负泊松比模块的层数和层高、支撑层和连接层的厚度、负泊松比单元的个数、薄壁内外圆筒结构的厚度而改变该吸能装置的刚度，从而改变该汽车吸能装置的吸能效果。

Claims (5)

1.一种负泊松比汽车吸能装置，包括圆盘状顶板(1)和圆盘状底座(2)，其特征在于：
在所述顶板(1)与底座(2)之间设有薄壁内圆筒(3)和薄壁外圆筒(6)，所述内圆筒(3)一端与底座(2)固连，另一端与顶板(1)固连，所述外圆筒(6)一端与底座(2)固连，另一端与顶板(1)固连；
在所述内圆筒(3)和所述外圆筒(6)之间套装有叠置的多个负泊松比模块(4)；
在所述的内圆筒(3)内侧装有吸能填充物(7)。
2.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于：
所述每个负泊松比模块(4)由环状连接层(41)固接在环状支撑层(42)上构成，所述支撑层(42)周向均布有多条沿径向延伸的支撑层突起(421)，所述连接层(41)上与支撑层突起(421)相对应的位置设有沿径向延伸的连接层突起(411)，所述连接层突起(411)顶部的下表面与支撑层突起(421)顶部的上表面固定连接，连接层突起(411)顶部及两侧翼与支撑层突起(421)顶部及两侧翼共同围成一径向通道称为负泊松比单元(5)。
3.根据权利要求2所述的吸能装置，其特征在于：
所述连接层突起(411)顶部的下表面与支撑层突起(421)顶部的上表面相匹配，使相邻的上一个负泊松比模块(4)的支撑层底座(422)的下表面与下一个负泊松比模块(4)的连接层底座(412)的上表面密切扣合。
4.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于：
所述负泊松比模块(4)过盈配合套装在所述内圆筒(3)和所述外圆筒(6)之间。
5.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于：
所述吸能填充物(7)过盈装配于所述内圆筒(3)的内侧。
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