CN107856743A - 基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒 - Google Patents

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李振
王良模
江怡
刘经兴
王陶
陈刚
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Abstract

本发明公开一种基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，包括安装板(1)、矩形截面薄壁吸能盒体(2)和周期性蜂窝结构内芯(3)，所述周期性蜂窝结构(3)内芯套装在吸能盒体(2)内，吸能盒体(2)的一端与安装板(1)固定连接；所述周期性蜂窝结构内芯(3)由多个单位胞元(31)沿三维空间连续扩展而成。本发明的基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，吸能密度大、吸能稳定性高、参数适应性好。

Description

基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒
技术领域
本发明属于车辆防撞吸能装置技术领域，涉及一种吸能密度大、吸能稳定性高、参数适应性好的基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒。
背景技术
汽车吸能盒通常是由合金钢或铝合金等制成，并通过一定的方式固定在汽车纵梁上的盒体。它能够在碰撞过程中吸收部分能量来减小碰撞对汽车纵梁以及车内乘员的伤害。
发明专利CN204641630U提出了一种插片填充式泡沫铝吸能盒，通过在吸能盒盒体内部填充泡沫铝内芯来实现碰撞过程中稳定的吸能过程。但是相比于泡沫铝内芯，本发明中所提到的周期性蜂窝结构内芯具有更广泛的设计空间。另外，通过变密度梯度设计可以提高其吸能性能，即在相同的质量或体积条件下，变梯度蜂窝结构能够吸收更多的能量。
发明内容
本发明提出一种基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，吸能密度大、吸能稳定性高、参数适应性好。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，包括安装板1、矩形截面薄壁吸能盒体2和周期性蜂窝结构内芯3，所述周期性蜂窝结构3内芯套装在吸能盒体2内，吸能盒体2的一端与安装板1固定连接；所述周期性蜂窝结构内芯3由多个单位胞元31沿三维空间连续扩展而成。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
1、吸能密度大：通过变密度梯度设计可以使蜂窝结构的吸能性能大大提高，即在相同的质量或体积条件下，变梯度蜂窝结构能够吸收更多的能量，吸能密度大；
2、吸能稳定性高：蜂窝结构内芯在受压过程中具有较长的应力平台阶段，与吸能盒体配合使用，在提高吸能性能的同时，其吸能稳定性也有所提升；
3、参数适应性好：该周期性蜂窝结构内芯能够通过改变设计参数来匹配应用需求，使得该吸能盒的设计空间更加宽广。
附图说明
图1是本发明基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒实施例一的结构示意图。
图2是图1中周期性蜂窝结构内芯的整体结构示意图，胞元环为正六边形。
图3是变密度梯度周期性蜂窝结构示意图。
图4是图2中正六边形单位胞元的结构示意图。
图5是图4中正六边形胞元环的结构示意图，其中，图5a为胞元环的主视图，图5b为胞元环的截面图。
图6是本发明基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒实施例二的结构示意图。
图7是图6中内凹六边形单位胞元的结构示意图。
图8是图7中内凹六边形胞元环的结构示意图，其中，图8a为胞元环的主视图，图8b为胞元环的截面图。
图中，1安装板，11连接螺孔，2吸能盒体，21诱导槽，3周期性蜂窝结构内芯，31单位胞元，311、312胞元环，313胞元杆。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，包括安装板1、矩形截面薄壁吸能盒体2和周期性蜂窝结构内芯3，所述周期性蜂窝结构3内芯套装在吸能盒体2内，吸能盒体2的一端与安装板1固定连接；
如图2、3所示，所述周期性蜂窝结构内芯3由多个单位胞元31沿三维空间连续扩展而成。
如图相邻单位胞元31间通过共用胞元环边，以实现在与所述安装板1平行的Y-Z平面方向的连续扩展；后一单位胞元31胞元杆313的自由端与前一单位胞元31二个胞元环311、312的另一个交点固定连接，以实现在与所述安装板1垂直的X方向的连续扩展。
如图4所示，所述单位胞元31包括二个在空间内正交布置的多边形胞元环311、312和一个胞元杆313，所述胞元杆313与二个胞元环311、312均平行，且其一端与二个胞元环311、312的一个交点固定连接，另一端指向胞元环311、312外。
所述胞元环311、312可为凸六边形、矩形或者内凹六边形。
如图5、8所示，
当所述胞元环311、312为凸六边形、或者内凹六边形时，元环(311或312)中与所述安装板(1)垂直的胞元环边以及胞元杆(313)长度相等，胞元环(311或312)剩余的4条环边长度相等。
如图5所示，
所述每个单位胞元31的胞元环311、312由与胞元杆313相同材质、相同截面积的条状材料连续弯折或整体成型。
如图3所示，所述胞元杆313的截面积沿与所述安装板1垂直的X方向逐层或隔层变化。
如图1所示，所述吸能盒体2表面设有平行于安装板1的变形诱导槽21。
所述周期性蜂窝结构内芯3一端与安装板1焊接。
所述吸能盒体2与周期性蜂窝结构内芯3松配合。
实施例一
如图1所示，本发明基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，采用正六边形胞元，整个蜂窝结构的相对密度沿X方向由后向前递增的蜂窝内芯，即胞元截面积由后向前递增。吸能盒体采用合金钢材料，蜂窝内芯采用尼龙材料。将吸能盒后端通过安装板1连接在汽车纵梁上，吸能盒2焊接在汽车防撞梁上，从而实现了吸能盒的安装工作。考虑汽车在中高速行驶中发生正面碰撞，碰撞发生时前防撞梁将碰撞能量传到汽车吸能盒中，由于吸能盒体2的静态屈服应力远大于蜂窝内芯3，所以只有在吸能盒体开始变形后才会带动蜂窝内芯的变形。外部吸能盒本体2的变形受诱导槽21引导，提高了整体变形的均匀性。在无约束状态下，蜂窝内芯3在压缩变形时会沿Y-Z平面向外膨胀，但由于受到吸能盒体2的约束，使得蜂窝内芯无法在Y-Z平面内自由变形，这会提高蜂窝结构在X方向的强度，进而提高其吸能能力。另外，由于受到高速冲击的影响，蜂窝结构的变形模式偏向于动态模式，即变形主要发生在冲击端，但是由于变密度梯度的影响，蜂窝结构后端的结构强度相对较弱，所以会与冲击端的蜂窝同时发生变形，这就致使在等效应变相同的情况下，变密度梯度蜂窝结构参与变形吸能的胞元数要大于同等相对密度的均匀蜂窝结构，使得吸能盒在等效应变小于0.7范围内的吸能能力大大提高，在等效应变大于0.7时也能保持不错的吸能能力，从而提高了吸能盒的整体吸能性能。
实施例二
如图6所示，本发明基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，采用内凹六边形为胞元环，其对应单位胞元如图7所示，图8是内凹六边形胞元环的结构示意图，其中，图8a为胞元环的主视图，图8b为胞元环的截面图。
采用该中胞元类型的蜂窝结构在X和Z方向具有负泊松比属性，即当在这两个方向的任意一个方向受到压缩时，整个结构会在受力方向的法平面内产生收缩，这能够提高了材料强度，进一步增强该吸能装置的吸能效果。整个蜂窝结构的相对密度沿X方向由后向前递增的蜂窝内芯，即胞元截面积由后向前递增。吸能盒体采用合金钢材料，蜂窝内芯采用尼龙材料。将吸能盒后端通过安装板1连接在汽车纵梁上，吸能盒2焊接在汽车防撞梁上，从而实现了吸能盒的安装工作。考虑汽车在中高速行驶中发生正面碰撞，碰撞发生时前防撞梁将碰撞能量传到汽车吸能盒中，由于吸能盒体2的静态屈服应力远大于蜂窝内芯3，所以只有在吸能盒体开始变形后才会带动蜂窝内芯的变形。外部吸能盒本体2的变形受诱导槽21引导，提高了整体变形的均匀性。蜂窝内芯3在受压时在Y-Z平面内产生收缩，增强了其在X方向的抗变形能力，进而提高其吸能能力。另外，由于受到高速冲击的影响，蜂窝结构的变形模式偏向于动态模式，即变形主要发生在冲击端，但是由于变密度梯度的影响，蜂窝结构后端的结构强度相对较弱，所以会与冲击端的蜂窝同时发生变形，这就致使在等效应变相同的情况下，变密度梯度蜂窝结构参与变形吸能的胞元数要大于同等相对密度的均匀蜂窝结构，使得吸能盒在等效应变小于0.7范围内的吸能能力大大提高，在等效应变大于0.7时也能保持不错的吸能能力，从而提高了吸能盒的整体吸能性能。

Claims (9)

1.一种基于周期性蜂窝结构内芯的汽车吸能盒，包括安装板(1)、矩形截面薄壁吸能盒体(2)和周期性蜂窝结构内芯(3)，所述周期性蜂窝结构(3)内芯套装在吸能盒体(2)内，吸能盒体(2)的一端与安装板(1)固定连接；其特征在于：
所述周期性蜂窝结构内芯(3)由多个单位胞元(31)沿三维空间连续扩展而成。
2.根据权利要求1所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述单位胞元(31)包括二个在空间内正交布置的多边形胞元环(311、312)和一个胞元杆(313)，所述胞元杆(313)与二个胞元环(311、312)均平行，且其一端与二个胞元环(311、312)的一个交点固定连接，另一端指向胞元环(311、312)外。
3.根据权利要求2所述汽车吸能盒，其特征在于：
相邻单位胞元(31)间通过共用胞元环边，以实现在与所述安装板(1)平行的Y-Z平面方向的连续扩展；后一单位胞元(31)胞元杆(313)的自由端与前一单位胞元(31)二个胞元环(311、312)的另一个交点固定连接，以实现在与所述安装板(1)垂直的X方向的连续扩展。
4.根据权利要求2所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述胞元环(311、312)可为凸六边形、矩形或者内凹六边形。
5.根据权利要求2所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述每个单位胞元(31)的胞元环(311、312)由与胞元杆(313)相同材质、相同截面积的条状材料连续弯折或整体成型。
6.根据权利要求5所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述胞元杆(313)的截面积沿与所述安装板(1)垂直的X方向逐层或隔层变化。
7.根据权利要求1所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述吸能盒体(2)表面设有平行于安装板(1)的变形诱导槽(21)。
8.根据权利要求1所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述周期性蜂窝结构内芯(3)一端与安装板(1)焊接。
9.根据权利要求1所述汽车吸能盒，其特征在于：
所述吸能盒体(2)与周期性蜂窝结构内芯(3)松配合。
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