CN108482282B - 一种新型结构复合材料汽车前防撞梁 - Google Patents

一种新型结构复合材料汽车前防撞梁 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车零部件技术领域，尤其是一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，包括前防撞梁本体和若干前防撞梁圆弧弯折段，若干所述前防撞梁圆弧弯折段分别设置在所述前防撞梁的两侧。本发明装置采用薄壁结构，第一帽体和三角齿形横板体以及第二帽体呈“弓”字形横截面，第一帽体和第二帽体均包括第一肋板、第二肋板以及前板，前板的作用是在发生碰撞时与碰撞物正面接触，然后将冲击力传递到整个防撞梁上，尤其是传递到肋板上；肋板的作用是在低速碰撞时使防撞梁具有抵抗碰撞冲击导致变形的能力；高速碰撞时，肋板通过在碰撞过程中发生形变以吸收冲击载荷，从而减少传递到汽车主体的冲击力。

Description

一种新型结构复合材料汽车前防撞梁
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，具体涉及一种新型结构复合材料汽车前防撞梁。
背景技术
前防撞梁是影响汽车碰撞安全性关键的薄壁零件。汽车防撞梁是通过减少碰撞震动以保护汽车及车内人员的重要结构。现有防撞梁主要为空腔结构的钢质或铝合金材料，增加了汽车的总重量。因此研发新结构新材料防撞梁对汽车轻量化和安全性极为重要。CN205854070公开了一种汽车防撞梁主梁结构，本体为长条形的金属板件一体弯折而成，结构简单。CN206884960公开了一种泡沫铝/纤维织布复合型汽车防撞梁,将纤维机织布包裹泡沫铝，保留了泡沫铝的吸能特性，提高了防撞梁的抗横向撕裂强度。
金属防撞梁重量大，不利于轻量化设计；现有的复合材料防撞梁大多采用纤维布包裹填充物的形式，成型工艺复杂，碳纤维和泡沫铝两种材料的包容性较差，并且单一碳纤维布吸能特性较差，机织布较致密在结构突变处的变形适应性较差。
发明内容
本发明的目的是为了解决金属防撞梁重量大，不利于轻量化设计；现有的复合材料防撞梁大多采用纤维布包裹填充物的形式，成型工艺复杂，碳纤维和泡沫铝两种材料的包容性较差，并且单一碳纤维布吸能特性较差，机织布较致密在结构突变处的变形适应性较差的技术问题，而提出一种新型结构复合材料汽车前防撞梁。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：设计一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，包括前防撞梁本体和若干前防撞梁圆弧弯折段，若干所述前防撞梁圆弧弯折段分别设置在所述前防撞梁的两侧，所述前防撞梁本体包括第一帽体、三角齿形横板体以及第二帽体，所述第一帽体和所述三角齿形横板体以及所述第二帽体呈“弓”字形横截面，所述第一帽体和所述三角齿形横板体以及所述第二帽体结构宽度比例为3：4：3，所述第一帽体和所述第二帽体均包括第一肋板、第二肋板以及前板，所述第一帽体和所述第二帽体通过所述三角齿形横板体连接，所述前防撞梁本体由0°芳纶纤维束、90°芳纶纤维束、-45°碳纤维束、45°碳纤维束组成，所述0°芳纶纤维束、所述90°芳纶纤维束、所述-45°碳纤维束、所述45°碳纤维束的垂直纤维束方向设置有捆绑纱线。
优选的，所述第一帽体和所述第二帽体关于所述三角齿形的中线保持对称。
优选的，所述前防撞梁圆弧弯折段的数量为两个。
优选的，所述前防撞梁本体由所述0°芳纶纤维束、所述90°芳纶纤维束、所述-45°碳纤维束、所述45°碳纤维束经过所述捆绑纱线混杂多轴向经编。
优选的，所述三角齿形横板体由多个正三角形组成。
本发明提出的一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，有益效果在于：
(1)本发明装置采用薄壁结构，第一帽体和三角齿形横板体以及第二帽体呈“弓”字形横截面，第一帽体和第二帽体均包括第一肋板、第二肋板以及前板，前板的作用是在发生碰撞时与碰撞物正面接触，然后将冲击力传递到整个防撞梁上，尤其是传递到肋板上；肋板的作用是在低速碰撞时使防撞梁具有抵抗碰撞冲击导致变形的能力；高速碰撞时，肋板通过在碰撞过程中发生形变以吸收冲击载荷，从而减少传递到汽车主体的冲击力。采用双帽结构可增加肋板的数量，提高防撞梁的抗冲击性能；
(2)本发明装置的第一帽体和第二帽体通过三角齿形横板体连接，三角齿形横板体由多个正三角形组成，利用三角形的稳定性增加横板的刚度与强度，并使防撞梁能更有效得将撞击力传递到整个防撞梁装置，减少局部变形，使防撞梁承载能力更强；
(3)本发明装置通过设置前防撞梁圆弧弯折段，前防撞梁圆弧弯折段的数量为两个，前防撞梁跨距方向由两个圆弧弯折段和一块直型前防撞梁本体构成，在两侧圆弧弯折端保留最外围两侧肋板，中间两段肋板与齿形横板过渡趋于为一个平面，造型简单，可实现一次整体成型。
(4)本发明装置由0°芳纶纤维束、90°芳纶纤维束、-45°碳纤维束、45°碳纤维束组成，多轴向经编织物结构优点在于在防撞梁结构突变处成型适应性好，不会造成由于纤维堆积而出现缺胶等质量问题。芳纶纤维韧性好，解决了纯碳纤维断裂韧性差、材料脆的问题，可以与碳纤维形成互补。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明装置的底部结构示意图；
图3是本发明装置的横截面结构示意图；
图4是本发明装置的剖面示意图；
图5是本发明装置的第一帽体的整体结构示意图；
图6是本发明装置的前防撞梁圆弧弯折段整体示意图；
图7是本发明装置前防撞梁圆弧弯折底部示意图；
图8是本发明装置的复合材料织物结构示意图；
图9是本发明装置的捆绑纱线的整体结构示意图。
图中：1、前防撞梁本体；2、第一帽体；3、第二帽体；4、三角齿形横板体；5、第一肋板；6、第二肋板；7、前板；8、前防撞梁圆弧弯折段；9、0°芳纶纤维束；10、90°芳纶纤维束；11、-45°碳纤维束；12、45°碳纤维束；13、捆绑纱线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参阅附图1-附图9所示，本发明的一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，包括前防撞梁本体1和若干前防撞梁圆弧弯折段8，若干前防撞梁圆弧弯折段8分别设置在前防撞梁1的两侧，前防撞梁本体1包括第一帽体2、三角齿形横板体4以及第二帽体3，第一帽体2和三角齿形横板体4以及第二帽体3呈“弓”字形横截面，第一帽体2和三角齿形横板体4以及第二帽体3结构宽度比例为3：4：3，第一帽体2和第二帽体3均包括第一肋板5、第二肋板6以及前板7，第一帽体2和第二帽体3通过三角齿形横板体4连接，前防撞梁本体1由0°芳纶纤维束9、90°芳纶纤维束10、-45°碳纤维束11、45°碳纤维束12组成，0°芳纶纤维束9、90°芳纶纤维束10、-45°碳纤维束11、45°碳纤维束12的垂直纤维束方向设置有捆绑纱线13。
第一帽体2和第二帽体3关于三角齿形4的中线保持对称，提高了前防撞梁本体1的稳定性。
前防撞梁圆弧弯折段8的数量为两个，便于前防撞梁本体1的安装和固定。
前防撞梁本体1由0°芳纶纤维束9、90°芳纶纤维束10、-45°碳纤维束11、45°碳纤维束12经过捆绑纱线13混杂多轴向经编，断裂韧性加，防撞梁结构突变处成型适应性好。
三角齿形横板体4由多个正三角形组成，利用三角形的稳定性增加横板的刚度与强度。
该装置是一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，结构形式正反面如图1、图2所示，本发明涉及的前防撞梁本体1为薄壁结构，防撞梁横截面呈“弓”字形，梁跨距方向由两个圆弧弯折段和一块直板构成，如图4所示；前防撞梁本体1由第一帽体2、第二帽体3以及三角齿形横板体4组成，第一帽体2和第二帽体3形成双帽结构，两个帽体通过三角齿形横板体4连接，第一帽体和第二帽体3均由第一肋板5、前板7以及第二肋板6组成，前板,7的作用是在发生碰撞时与碰撞物正面接触，然后将冲击力传递到整个防撞梁上，尤其是传递到肋板上，第一肋板5和第二肋板6的作用是在低速碰撞时使防撞梁具有抵抗碰撞冲击导致变形的能力；高速碰撞时，肋板通过在碰撞过程中发生形变以吸收冲击载荷，从而减少传递到汽车主体的冲击力。双帽结构的优点在于增加前板7的面积及增加第一肋板5和第二肋板6的数量，进一步提高防撞梁的吸能特性；三角齿形横板体4采用齿形结构，由多个三角形构成(如图4所示)，该结构利用三角形的稳定性增加横板的刚度与硬度，宽度方向上增大双帽结构之间的连接刚度，提高两个帽子结构的协调变形能力，减小最外侧肋板的颤振；跨距方向上增大防撞梁跨距方向的刚度，减小防撞梁圆弧弯折段(图6所示结构)的颤振；防撞梁横截面方向构件依次是第一肋板5、前板7、第二肋板6，两块前板7与三角齿形横板体4在宽度比例上为d(前板)：d(横板)：d(前板)＝3:4:3；前防撞梁本体在跨距方向由两个圆弧弯折段图6、图7和一块直板构成，前防撞梁本体1的两侧圆弧弯折端保留最外围两侧肋板，中间两段肋板与齿形横板过渡趋于为一个平面，造型简单，可实现一次整体成型；所述前防撞梁本体1采用碳/芳纶混杂纤维复合材料，碳纤维具有高强度，高模量的特点，但碳纤维材料较脆，断裂韧性差，而芳纶纤维断裂韧性更好，可以与碳纤维形成互补，采用碳纤维与芳纶纤通过多轴向经编方式合成的复合材料，既满足强度要求，又能阻止防撞梁在受到撞击时发生脆断现象；所述防撞梁本体1采用多轴向经编结构，结构如图8和图9所示，0°芳纶纤维束9、90°芳纶纤维10、-45°碳纤维束11、45°碳纤维束12四个方向的纤维束分四层铺层在一起，然后由捆绑纱线13在垂直纤维束方向将纤维束编织成复合材料，多轴向经编织物结构优点在于在防撞梁结构突变处成型适应性好，不会造成由于纤维堆积而出现缺胶等质量问题。
本发明所达到的有益效果是：本发明装置采用薄壁结构，第一帽体和三角齿形横板体以及第二帽体呈“弓”字形横截面，第一帽体和第二帽体均包括第一肋板、第二肋板以及前板，前板的作用是在发生碰撞时与碰撞物正面接触，然后将冲击力传递到整个防撞梁上，尤其是传递到肋板上；肋板的作用是在低速碰撞时使防撞梁具有抵抗碰撞冲击导致变形的能力；高速碰撞时，肋板通过在碰撞过程中发生形变以吸收冲击载荷，从而减少传递到汽车主体的冲击力。采用双帽结构可增加肋板的数量，提高防撞梁的抗冲击性能；
其次，第一帽体和第二帽体通过三角齿形横板体连接，三角齿形横板体由多个正三角形组成，利用三角形的稳定性增加横板的刚度与强度，并使防撞梁能更有效得将撞击力传递到整个防撞梁装置，减少局部变形，使防撞梁承载能力更强；
并且，通过设置前防撞梁圆弧弯折段，前防撞梁圆弧弯折段的数量为两个，前防撞梁跨距方向由两个圆弧弯折段和一块，直型前防撞梁本体构成，在两侧圆弧弯折端保留最外围两侧肋板，中间两段肋板与齿形横板过渡趋于为一个平面，造型简单，可实现一次整体成型。
并且，由0°芳纶纤维束、90°芳纶纤维束、-45°碳纤维束、45°碳纤维束组成，多轴向经编织物结构优点在于在防撞梁结构突变处成型适应性好，不会造成由于纤维堆积而出现缺胶等质量问题。芳纶纤维韧性好，解决了纯碳纤维断裂韧性差、材料脆的问题，可以与碳纤维形成互补。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，包括前防撞梁本体（1）和若干前防撞梁圆弧弯折段（8），若干所述前防撞梁圆弧弯折段（8）分别设置在所述前防撞梁本体（1）的两侧，其特征在于：所述前防撞梁本体（1）包括第一帽体（2）、三角齿形横板体（4）以及第二帽体（3），所述第一帽体（2）和所述三角齿形横板体（4）以及所述第二帽体（3）呈“弓”字形横截面，所述第一帽体（2）和所述三角齿形横板体（4）以及所述第二帽体（3）结构宽度比例为3：4：3，所述第一帽体（2）和所述第二帽体（3）均包括第一肋板（5）、第二肋板（6）以及前板（7），所述第一帽体（2）和所述第二帽体（3）通过所述三角齿形横板体（4）连接，所述前防撞梁本体（1）由0°芳纶纤维束（9）、90°芳纶纤维束（10）、-45°碳纤维束（11）、45°碳纤维束（12）组成，所述0°芳纶纤维束（9）、所述90°芳纶纤维束（10）、所述-45°碳纤维束（11）、所述45°碳纤维束（12）的垂直纤维束方向设置有捆绑纱线（13）；
所述前防撞梁圆弧弯折段（8）的数量为两个。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，其特征在于，所述第一帽体（2）和所述第二帽体（3）关于所述三角齿形横板体（4）的中线保持对称。
3.根据权利要求1所述的一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，其特征在于，所述前防撞梁本体（1）由所述0°芳纶纤维束（9）、所述90°芳纶纤维束（10）、所述-45°碳纤维束（11）、所述45°碳纤维束（12）经过所述捆绑纱线（13）混杂多轴向经编。
4.根据权利要求1所述的一种新型结构复合材料汽车前防撞梁，其特征在于，所述三角齿形横板体（4）由多个正三角形组成。
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