CN110114259B - 混合结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种混合结构，包括：框架构件，包括至少三个壁，所述至少三个壁形成在两个壁相交处具有凸状部分的通道；在至少一个凸状部分中的凹入变形，其中凹入变形延伸到通道中并具有形成穿过凸状部分的开口的开口端；在通道中的塑料加强构件，其中加强构件的一部分延伸到开口中并且在变形上延伸。

Description

混合结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及混合结构及其制备方法。
背景技术
诸如能量吸收器的加强结构通常用于制造高承载应用，例如汽车组件和机架。这些结构通常由金属和/或复合材料组成。因此，增强结构通常重和/或制造昂贵并且难以结合到车辆和其他机器中。通常难以实现所需特性的适当平衡，例如刚度、抗冲击性、可购性、易制造性和轻量化设计。例如，通常需要额外的金属嵌件来实现所需的刚度。将金属组件形成为更复杂的几何形状也是困难的。
此外，用于这种加强结构的附接机构通常很脆弱且不可靠。例如，在加强结构和车辆之间以及加强结构本身的各个组件之间经常需要附接机构。通常，这些附接机构依靠焊接、胶合、粘合或机械固定(机械紧固，mechanical fastening)来实现牢固的连接。
因此，需要一种低成本、轻重量、抗冲击的加强结构，其具有可以容易地制造然后快速集成到车辆中的可靠附接机构。
发明内容
在各种实施方案中，公开了混合结构及其制备方法。
一种混合结构，包括：框架构件，包括至少三个壁，所述壁形成具有凸状部分的通道，在该凸状部分处两个壁相交(相接，meet)；在至少一个凸状部分中的凹入变形，其中凹入变形延伸到通道中并具有形成穿过凸状部分的开口的开口端；在通道中的塑料加强构件(塑性加强构件，plastic reinforcement member)，其中加强构件的一部分延伸到开口中并且在变形上延伸。
一种制造本发明所述的混合结构的方法，包括：形成框架构件，其中框架构件包括大于或等于三个壁，所述壁形成具有凸状部分的通道，在该凸状部分处两个壁相交；沿着凸状部分的至少一部分形成凹入变形，其中凸状部分和凹入变形在壁中形成间隙；并且，将加强构件包覆成型(包覆模制，over-molding)到框架构件上，其中加强构件的至少一部分延伸到间隙中以与框架构件互锁(联锁，interlock)。
下面更具体地描述这些和其他特征和特性。
附图说明
该专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。具有(一个或多个)彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将在请求和支付必要费用后由官方提供。
以下是附图的简要描述，其中相同的元件编号相同并且出于说明本文公开的示例性实施方式的目的而不是出于限制它们的目的给出这些元件。
图1是从LS-DNYA计算机模拟中获得的透视图图像，其表示非均匀厚度并且位于框架构件的壁的中心，即沿着框架构件的平坦部分的变形的实施方案。
图2A是在形成变形之前和之后包括变形的壁的一部分的剖面端视图。
图2B是图2A的变形的局部放大图。
图3是从LS-DNYA计算机模拟获得的图像，其表示均匀厚度且位于框架构件的凸状部分上，例如，其中壁相交的位置的变形的实施方案。
图4A是在形成变形之前和之后，包括变形的沿线4-4截取的图3的壁的剖面端视图。
图4B是图4A的变形的局部放大图。
图5A是表示将塑料加强件包覆成型到框架构件上以形成混合结构的实施方案的图的正视图。
图5B是表示所形成的混合结构的实施方案的后视图的图。
图6是比较在壁的接合处具有变形的混合结构与在壁的接合处没有变形的混合结构的冲击期间的侵入(intrusion)的图表。
图7是计算机生成的图像，描绘了框架构件可以注塑成型的速度。
图8是计算机生成的图像，描绘了框架构件可以注塑成型的压力。
图9是表示混合结构与车辆组件的附接的实施方案的图。
具体实施方式
本文公开的结构可以提供低成本、轻重量、抗冲击的加强结构，其具有可以容易地制造然后快速集成到车辆中的可靠附接机构。例如，本文公开的结构可以是混合结构，其实现刚度、抗冲击性、可购性、易制造性和轻量化设计之间的平衡。例如，混合结构可以在冲击期间实现比更重且更昂贵的金属和/或复合结构更大的刚度。混合结构不需要额外的金属嵌件，并且可以形成为复杂的几何形状。与提供相同结构完整性的现有金属系统相比，混合结构(例如，使用第一塑料、和金属、陶瓷中的至少一种、和第二塑料(不同于第一塑料；例如，纤维增强塑料)的组合制造)可以减轻重量大于或等于30％。本文公开的混合结构还可以提供安全的附接机构。例如，混合结构可以包括具有均匀厚度的交替锁定机构。例如，锁定机构的厚度可以变化小于或等于10％(优选地小于5％，或者小于或等于3％)，从而显著提高结构完整性。此外，聚合物熔体可在包覆成型过程中流过交替锁定机构中的开口。因此，可以容易地加强锁定机构。这可以提高混合结构的结构完整性和制造过程的效率。然后可以将混合结构立即集成到现有车辆中。
混合结构可包括框架构件。例如，框架构件可包括至少三个壁。壁可以形成在两个壁相交处具有凸状部分的通道。可以在至少一个凸状部分中形成凹入变形。例如，凹入变形可以延伸到通道中。凹入变形可以具有开口端，形成穿过凸状部分的开口。塑料加强构件可以进一步包括在通道中。例如，加强构件的一部分可以延伸到开口中和变形上。
框架构件可包括金属、塑料、复合材料中的至少一种，例如金属。例如，框架构件可包括钢、铝、镁或包含前述中的至少一种的组合。框架构件可包括塑料，例如热塑性塑料和/或热固性塑料。框架构件的塑料可以与形成加强构件的塑料不同。例如，形成框架构件的材料的玻璃化转变温度(Tg)可以高于形成加强构件的塑料的Tg。例如，框架构件的Tg可以比形成加强构件的塑料高出大于或等于50℃。这可以允许加强构件的塑料流动并被包覆成型到框架构件上，同时框架构件保持固态。框架构件可包括增强材料，例如纤维增强塑料，例如碳纤维增强塑料。
框架构件可包括大于或等于三个壁(例如，开放或封闭结构)。开放结构具有三个壁，其形成具有至少三个开口侧(例如，两个相对的壁和连接壁)的通道，而封闭结构具有大于或等于四个壁(包括连接形成小于或等于两个开放壁的两组相对的壁)。例如，框架构件可包括在壁的边界内延伸的通道。通常，与开放结构相比，封闭结构提供增加的刚度与重量比和更好的蠕变性能(即，更小的挠曲或变形)。然而，开放结构可以便于加工(工具作业)。金属组件的壁的厚度可以全部相同或者可以不同，以增强所需方向的刚度。例如，其中一个壁，例如连接两个相对壁的壁，可以具有与相对的壁不同的厚度。在一些实施方案中，壁的厚度小于或等于5mm，具体地，0.4mm至3mm，且更具体地0.5mm至1.5mm。
框架构件可包括形成在两个壁接合处的凸状部分。例如，凸状部分可以是连接两个非平行壁的曲率(curvature)和/或弯曲，例如两个垂直壁。凸状部分可以远离由壁形成的内部通道弯曲。曲率半径可以是例如1mm至20mm，例如，2mm至15mm，例如，5mm至10mm。框架构件还可包括在(一个或多个)凸状部分中的(一个或多个)凹入变形。例如，凹入变形可以延伸到通道中，例如，在与凸状部分相对的方向上。
凹入变形可以由凸形部分形成。因此，凹入变形可以保持均匀的厚度。换句话说，构成框架构件的壁的材料不需要拉伸或变薄以产生凹入曲度。在形成(一个或多个)凹入变形之前的壁的厚度，大于或等于在形成凹入部分之后的壁的90％；即，变形时壁的厚度变化小于10％，优选小于5％，或甚至小于或等于3％。不受理论的限制，认为这是因为凸状部分的曲率已经存在于两个壁相交的地方。由此该曲率仅在相反方向上延伸以形成凹入变形。凹入变形的半径可以等于框架构件的凸状部分的半径。因此，锁定机构具有增加的强度并且更容易制造。
凹入变形可包括开口端。例如，开口端可以形成穿过凸状部分的开口/间隙。位于凸状部分中的凹入变形可以产生交替的锁定机构。例如，聚合物熔体可在包覆成型过程中流过开口/间隙，从而使聚合物与框架构件互锁。换句话说，开口/间隙可以用作流动流道(flow runner)，从而提高包覆成型工艺的效率。框架构件和聚合物之间的附接强度也增加。在聚合物(塑料加强构件)的表面和框架构件的凸状部分中的开口的表面之间可以存在直接连接。例如，大于或等于凸状部分的表面的50％可以直接与聚合物接触，例如，大于或等于70％。当框架构件包括两个或更多个凸状部分时，框架构件的一个凸状部分中的凹入变形可以与相对的凸状部分的凹入变形直接对准或交替。例如，具有交替布置的锁定机构可以具有增加的结构完整性。交替布置还可以减少凹入变形占据的空间量。
为了比较的目的，框架构件“A”可以包括在壁的中心部分中的凹入变形。换句话说，凹入变形沿预成型的框架构件“A”的平坦部分形成。因此，凹入变形具有不均匀的厚度。例如，与预成型的框架构件“A”的平坦部分的厚度相比，凹入变形的部分的厚度可被减小大于或等于30％。这是因为平坦表面(直线)变形为较长的曲线，同时仍保持相同的端点。换句话说，为了在平坦表面中形成必要的曲率，构成壁的材料必须被拉伸和/或变薄，以便横穿较长的弯曲距离。这会损害作为附接机构的变形强度并且更难以制造。
可以将加强构件包覆成型到框架构件上，从而形成混合结构。例如，塑料加强构件可具有柱和通道的阵列，例如蜂窝结构。通道可以定向，例如，平行于或垂直于一个或多个框架构件壁。加强结构的蜂巢(巢脾、梳，comb)可以是具有大于或等于3个边的形状，例如三角形、四边形、五边形、六边形、七边形和八边形等，几何形状，以及包括至少一个前述几何形状的组合，且特别是蜂窝(例如，六边形)几何形状。任选地，结构的通道从结构的一端延伸到结构的另一端，使得结构在两端开口，并且其中任选地可以设置一端(例如，通道的第二端)与框架构件的一侧物理接触，从而有效地阻挡第二端。
加强构件可以通过将挤出的聚合物管粘合在一起，注塑成型聚合物通道，挤出结构而制成，或以其他方式形成。例如，元件可以是具有相同或不同材料的蜂巢的共挤出组件，例如，相邻的蜂巢可以包括不同的材料组成。任选地，一些或所有蜂巢在其中具有泡沫。换句话说，蜂巢可以单独地是中空的或填充的，使得可以通过填充特定的蜂巢，通过使用用于特定蜂巢的不同聚合物，或包括前述中的至少一种的组合来改变结构完整性。类似地，可以获得和控制噪声抑制特性。一种可能的填充材料是泡沫。理想地，该结构通过使用注塑成型工艺对框架构件进行包覆成型而形成。
塑料加强构件可以进一步或可替换地包括肋结构。例如，肋可以延伸穿过框架构件的通道，在侧壁和/或后壁之间。各种肋设计是可能的，包括三角形、波形、对角线(斜纹)、交叉等。例如，肋可以形成三角形、矩形、“X”或其他结构。
还可以选择通道和/或肋结构相对于支撑件中的通道的取向，以获得车辆组件的能量吸收特性。例如，支撑件可以具有可以与框架构件的通道成0度(例如，平行)到90度(垂直)取向的通道。换句话说，在一些实施方案中，加强通道(例如，蜂窝)可以具有与通道共同的轴并且与其平行地延伸。在其他实施方案中，加强通道(例如，蜂窝)可以垂直于通道延伸。
框架构件和塑料加强构件可以独立地包括各种聚合物材料，例如热塑性材料、热固性材料和包含前述中的至少一种的组合。可以基于其特性、车辆中的期望位置以及该位置的特征来选择特定材料。例如，在一些实施方案中，材料可具有中等刚度(例如，杨氏模量为0.8吉帕斯卡(GPa)至30GPa，具体地，3GPa至15GPa，例如7.0GPa)、良好的伸长率(例如，大于1％的伸长率)、在车辆制造条件下(例如，焊接、涂漆等，例如，在400°F的温度下持续30分钟，这使得塑料加强构件能够在部件随着汽车车身贯穿烤漆行进时保持完整性)的耐化学性和/或耐热性。聚合物的实例包括热塑性材料以及包含热塑性材料的组合。可能的热塑性材料包括聚碳酸酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚碳酸酯；聚碳酸酯/PBT混合物；聚碳酸酯/ABS共混物；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；丙烯腈-(乙烯-聚丙烯二胺改性的)-苯乙烯(AES)；亚苯基醚树脂；聚苯醚/聚酰胺的共混物；聚酰胺；亚苯基硫醚树脂；聚氯乙烯(PVC)；高抗冲聚苯乙烯(HIPS)；聚乙烯(例如，低/高密度聚乙烯(L/HDPE))；聚丙烯(PP)(例如，发泡聚丙烯(EPP))；聚醚酰亚胺；和热塑性烯烃(TPO)，以及包含前述中的至少一种的组合。例如，塑料加强构件可包括NorylTM GTX树脂、LEXANTM树脂、ULTEMTM树脂、VALOXTM树脂、CYCOLACTM树脂和/或STAMAXTM树脂，其可从SABIC商购获得。理想地，塑料加强构件包括聚丙烯，和/或聚苯醚/聚酰胺的共混物。
塑料加强构件可任选地例如用纤维、颗粒、薄片以及包含前述中的至少一种的组合增强。这些纤维可包括玻璃、碳、竹、芳族聚酰胺(芳纶)，kevelar(克维拉)等，以及包含前述中的至少一种的组合。例如，塑料加强构件可由STAMAXTM材料形成，其是可从SABIC商购的长玻璃纤维增强聚丙烯。塑料加强构件和/或框架构件也可以由包括任何上述材料和/或增强件中的至少一种的组合制成，例如，具有热固性材料的组合。框架构件可包括在(例如，聚醚酰亚胺、聚酰胺(尼龙)、聚苯醚、聚碳酸酯、聚丙烯，以及包含前述中的至少一种的组合)的聚合物基质中的连续纤维(例如，玻璃、碳、芳族聚酰胺、kevelar，以及包含前述中的至少一种的组合)。
通过框架构件的材料和加强构件的材料之间的相容性，可以实现框架构件和塑料加强构件之间的良好粘附。例如，框架构件可以由具有尼龙基础树脂的连续碳纤维增强复合材料制成，并且塑料加强构件的聚合物也可以包括尼龙树脂或与尼龙共混的任何其他树脂，如SABIC的NorylTMGTX。另一个实例是，框架构件由连续的玻璃纤维增强复合材料制成，其中聚丙烯作为树脂基质，并且加强构件可包括聚丙烯基材料或短/长纤维增强聚丙烯复合材料，如SABIC的STAMAXTM树脂。
如本文所讨论的，位于凸状部分中的凹入变形可以产生交替的锁定机构。例如，聚合物熔体可在包覆成型过程中流过开口/间隙，从而使加强构件与框架构件互锁。形成的混合结构可包括附接位置。例如，附接位置可以位于混合结构的顶部、底部或中间位置，并且可以配置成附接到车辆组件。例如，沿着混合结构的指定位置可以保持开放(不用塑料包覆成型)以用于附接目的。车辆组件可包括例如，白车身(BIW)、车架、导轨、保险杠、前端模块、支柱或横杆。附接位置可包括机械固定机构，例如螺钉和/或螺栓、粘合剂，也可用作焊接部位。机械固定措施的实例包括按扣、钩、螺钉、螺栓(例如，螺纹螺栓、铆钉、焊接接头，(一个或多个)卷边(例如，卷曲的金属壁)。摩擦配合也可用于将加强件保持在适当位置。化学固定措施可包括粘结剂，例如胶水、粘合剂等。车辆组件可包括例如白车身、车架、导轨、保险杠、前端模块、支柱或横杆。
整体尺寸，例如混合结构的具体尺寸可以取决于例如其在车辆中的位置及其功能。框架构件的长度取决于车辆组件的特定区域，而塑料加强构件的长度取决于框架构件中增强的结构完整性的量和位置。塑料加强构件的长度可以与框架构件的长度相当或小于框架构件的长度(例如，可以定位；即，仅设置在特定位置以获得该位置的增强的结构完整性)。理想地，为了最大化重量减轻，加强构件被定位以便增加获得所需结构完整性所需的最小重量(例如，大于或等于标准金属组件而没有更薄的壁的结构完整性)。混合结构可以具有小于或等于1,000mm的长度，具体地，小于或等于800mm，并且更具体地，小于或等于300mm。混合结构的长度可以小于或等于车辆组件长度的80％，具体地，小于或等于60％，更具体地，小于或等于50％，并且仍更具体地，车辆组件长度的10％至35％。例如，混合结构可以具有150mm至350mm的长度，具体地，200mm至250mm，例如用于支柱或轨道中。在其他实施方案中，混合结构具有500mm至800mm的长度，具体地，600mm至700mm，例如用于地板摇杆(floor rocker)中。当车辆组件是中空金属元件时，混合结构可以设置在中空空间中。当混合结构不是位于车辆组件中的整个中空空间中时，它可以附接到车辆组件以防止加强件在车辆使用期间或在冲击期间被移位。
此外，塑料加强构件的特性取决于特定区域中所需的能量吸收特性，例如，每单位面积的蜂巢或肋的数量，蜂巢壁或肋的厚度，以及塑料增强构件的特定材料。蜂巢的密度(每单位面积的蜂巢数量)取决于所需的刚度、压碎特性和所用材料。在一些实施方案中，密度可以是每100mm21至20个蜂巢，具体地，每100mm21至10个蜂巢，更具体地，每100mm21至5个蜂巢。在各种实施方案中，塑料加强件的壁的厚度可以是0.5mm至10mm，具体地，2mm至5mm，并且更具体地，2.5mm至4mm。通常，增强件将包括大于或等于10个蜂巢，具体地，大于或等于20个蜂巢，更具体地，大于或等于30个蜂巢。
一些可能的车辆组件材料包括聚合物(例如，热塑性和/或热固性)、复合材料、金属和包含前述中的至少一种的组合。一些金属包括铝、钛、铬、镁、锌和钢，以及包含前述材料中的至少一种的组合。车辆组件的壁的厚度可以全部相同或者可以不同，以增强所需方向的刚度。例如，一组相对的壁可以具有比另一组相对的壁更大/更小的厚度。在一些实施方案中，车辆组件的壁厚小于或等于1.6mm，具体地，1.0mm至1.5mm，更具体地1.3mm至1.4mm。通常，金属壁(例如，地板摇杆、轨道、支柱、保险杠等)具有大于1.8mm的壁厚。因此，使用混合结构能够使(车辆组件的)壁厚减小大于或等于10％，具体地，大于或等于20％，且甚至大于或等于25％。
本文公开的混合结构配置为在经受轴向载荷时吸收大量的冲击能量，同时还具有可接受的蠕变性能(即，在冲击时变形较小)。这使得这些结构可用作其他车辆组件的支撑构件。本文公开的可以共同模制的混合结构提供集成的能量吸收装置(例如，挤压罐)以在冲击时防止车辆损坏(例如，车辆的白车身(BIW)或车辆框架的损坏)。本文公开的混合结构利用共同模制的金属组件和塑料组件的各种设计以在冲击时吸收能量，与完全塑料组件相比具有减小的蠕变，并且具有低成本、轻量级设计。混合结构可以降低冲击后车辆的维修成本。例如，混合结构可以通过在冲击时吸收能量来减少损坏，使得BIW不会损坏或几乎不会损坏。
混合结构可用于车辆中的各种位置。通常，混合结构可以位于保险杠和附接有保险杠的钢结构的后面，但在BIW的前面用于保护BIW免受由冲击引起的力的施加时的损坏。换句话说，在BIW和保险杠附着的结构之间。混合结构可用于保护的其他组件包括：(一个或多个)前照灯、发动机罩、散热器和车辆导轨，所有这些组件都预期用于车辆前保险杠的前面或后面；和后挡板、行李箱盖和尾灯，所有都预期用于车辆后保险杠的前面或后面，以及其他组件，例如地板滑槽、地板摇杆、横梁以及包括这些组件中的至少一种的组合。混合结构可以集成到开放式通道系统中。例如，开放通道沿其长度的任何剖面可以具有开放曲线，例如“C”形。混合结构可以集成到封闭通道系统中。例如，封闭通道系统可以在沿其长度的任何剖面处具有封闭的几何形状，例如，“O”形或多边形。混合结构也可以集成到固定结构中，例如商业建筑和/或住宅。
混合结构可以通过几种共模制工艺生产，包括嵌件成型(例如，包覆成型)。框架构件可以通过挤压成所需形状(例如，矩形盒状形状)而形成，然后塑料加强构件可以使用例如嵌件注射成型工艺，嵌入成型到框架构件中。可以首先测试由混合结构替换的车辆组件或其他结构的结构完整性。因此，可以确定混合结构所需的最小结构完整性。然后，可以改变待更换组件的尺寸，例如，减小尺寸，并且用锁定机构和加强构件进行修改。因此，可以在保持或增加结构完整性的同时减小待替换组件的尺寸和重量。例如，旨在车辆使用的混合结构可以设计成承受大于或等于20千牛顿(kN)的力，例如，大于或等于30kN，或大于或等于50kN，或大于或等于100kN。旨在用于固定结构的混合结构可以设计成承受大于或等于5kN的力。
通过参考附图可以获得对本文公开的组件、过程和装置的更完整的理解。这些图(在本文中也称为“图”)仅是基于便利性和易于展示本公开的示意图，因此并不旨在指示装置或其组件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但是这些术语仅旨在表示在附图中选择用于说明的实施方式的特定结构，并且不旨在限定或限制本公开的范围。在下面的附图和以下描述中，应理解，相同的数字标记指的是具有相同功能的组件。
现在参考图3，用于混合结构的框架构件12可包括壁14。例如，框架构件12可包括大于或等于三个壁14。因此，通道20可形成并在壁14的边界内延伸。壁14的凸状部分16位于其中两个壁14相交的位置。例如，凸状部分16可以是连接两个垂直壁14的曲率。例如，凸状部分16可以向外延伸并远离通道20。框架构件12还可包括凸状部分16中的凹入变形18。例如，凹入变形18可以延伸到通道20中。例如，凹入变形18可以在与凸状部分16相对的方向上延伸。凹入变形18可以具有均匀的厚度。凹入变形18可包括开口端22。例如，开口端22可以形成穿过凸状部分16的开口/间隙24。位于凸状部分16中的凹入变形18可以产生交替的锁定机构。例如，聚合物熔体可在包覆成型过程中流过开口/间隙24，从而使聚合物与框架构件12互锁。
现在参考图4A和图4B，预成型框架构件12A可包括壁14和其中两个壁14相交位置处的凸状部分16。然后，可以在凸状部分16中形成凹入变形18以形成成形的框架构件12。图4B描绘了凹入变形18的侧视图，凹入变形18包括开口端22和开口/间隙24。由于凹入变形18由凸状部分16形成，凹入变形18可以保持均匀的厚度t1。换句话说，包括框架构件12的壁14的材料不需要拉伸或变薄以产生曲率。这是因为凸状部分16的曲率已经存在于其中两个壁14相交的位置。然后，该曲率仅在相反方向上延伸以形成凹入变形18。
现在参考图1、图2A和图2B，框架构件11可以包括在壁14的中心部分15中的凹入变形19。换句话说，凹入变形19沿预成型的框架构件11A的平坦部分15形成。
现在参考图5A和图5B，塑料加强构件26可以包覆成型到框架构件12上，从而形成混合结构10。例如，加强部分26可包括热塑性塑料并形成蜂窝图案。如本文关于图3所讨论的那样，位于凸状部分16中的凹入变形18可以产生交替的锁定机构。例如，聚合物熔体可在包覆成型过程中流过开口/间隙24，从而使塑料加强构件26与框架构件12互锁。从正视图10A和后视图10B可以看出，形成的混合结构10包括附接位置28。例如，附接位置28可以位于混合结构10的顶部或底部，并且可以配置成附接到车辆。后视图10B还描绘了凹入变形18，其中加强构件26和框架12互锁。
现在参考图9，混合结构10(前视图10A、侧视图10C)可以经由附接位置28附接到车辆组件30。例如，附接位置28可以包括机械固定机构，例如螺钉和/或螺栓、粘合剂，并且还可以用作焊接的位置。车辆组件30可包括例如白车身、车架、导轨、保险杠、前端模块、支柱或横杆。
以下实施例仅说明本文公开的混合结构，并不意图限制本发明的范围。
实施例
Figure GDA0003332669910000141
实施例1
为了本实施例的目的，使用LS-DYNA进行模拟。LS-DYNA是Livermore SoftwareTechnology Corporation(LSTC)开发的一种先进的通用多物理模拟软件包。图1表示形成有中心定位的变形的框架构件。图3表示根据本公开的框架构件，其包括沿框架壁中的凸曲率的凹入变形。钢用于模拟框架构件。如图1中所示，框架壁的变形的厚度不均匀。与框架壁的其余部分(厚度为1.2毫米(t1))相比，变形的外边缘明显变薄并且厚度仅为0.7毫米(mm)(t2)(参见图2A和2B)。相反，根据本公开的变形，如图3所示，保持1.2毫米的均匀厚度(参见图4A和4B)。本变形的均匀厚度导致混合结构的显著改善的结构完整性。
实施例2
为了本实施例的目的，使用LS-DYNA进行模拟。图6是与结构B(线34)相比的比较结构A(线32)冲击期间侵入的图表。出于示例的目的，使用每小时50千米的冲击速度。使用称重总共4.5千克的所有钢组件模拟在框架构件(结构A)的平坦部分中具有变形的混合结构。使用钢框架(1.0毫米，2.2千克)和塑料加强件(2-3.5毫米，0.8千克)(称重总共3.0千克)模拟沿着框架构件(结构B)的凸曲率(例如，拐角)具有变形的混合结构。图6示出了结构B的出乎意料的有利特性。如图6所示，混合结构B在冲击期间的刚度方面令人惊讶地优于金属结构A。
实施例3
为了本实施例的目的，使用LS-DYNA进行模拟。图7描绘了结构B的注射成型时间为2.6秒。图8描绘了结构B的最大注射压力为77.87兆帕。应注意，这些值符合工业标准。
本文公开的制品和方法包括至少以下实施方案：
实施方案1：一种混合结构，包括：框架构件，包括至少三个壁，所述壁形成在两个壁相交处具有凸状部分的通道；在至少一个凸状部分中的凹入变形，其中凹入变形延伸到通道中并具有形成穿过凸状部分的开口的开口端；在通道中的塑料加强构件，其中加强构件的一部分延伸到开口中并且在变形上延伸。
实施方案2：如实施方案1所述的方法，其中所述框架构件包括金属、塑料、复合材料或包含前述中的至少一种的组合。
实施方案3：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述框架构件包括第一材料，并且所述加强构件包括与所述第一材料不同的材料。
实施方案4：如实施方案1所述的方法，其中与仅包含金属的金属结构相比，所述混合结构的质量减少大于或等于30％，同时在冲击期间其所具有的刚度大于或等于金属结构的刚度。
实施方案5：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述框架构件包含钢、铝、镁或包含前述中的至少一种的组合。
实施方案6：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述加强构件包含热塑性塑料。
实施方案7：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中至少一个壁还包括远离(away)所述凸状部分定位的附加凹入变形。
实施方案8：如实施方案7所述的方法，其中所述附加凹入变形位于所述至少一个壁的中心部分。
实施方案9：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述凹入变形具有均匀的厚度。
实施方案10：如实施方案9所述的方法，其中单个凹入变形的厚度变化小于或等于10％，优选小于或等于5％，或小于或等于3％。
实施方案11：如实施方案9所述的方法，其中所述凹入变形具有1毫米至2毫米的均匀厚度。
实施方案12：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述加强构件包括蜂窝结构和/或肋状图案，优选为蜂窝结构。
实施方案13：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述混合结构不含额外的金属嵌件。
实施方案14：如前述实施方案中任一项所述的方法，还包括至少两个凸状部分，其中每个凸状部分包括至少一个凹入变形。
实施方案15：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述混合结构被配置用于与开放通道系统和/或封闭通道系统结合(集成，integration)。
实施方案16：如前述实施方案中任一项所述的方法，其中所述混合结构被配置为附接到车辆组件。
实施方案17：如实施方案16所述的方法，其中所述车辆组件包括白车身、梁、轨道、保险杠、前端模块、座椅、底盘、横杆、地板、支柱、框架或包括前述中的至少一种的组合。
实施方案18：如实施方案16所述的方法，其中所述混合结构被配置成通过机械固定、焊接、粘合或包括前述中的至少一种的组合附接到所述车辆组件。
实施方案19：一种制造前述实施方案中任一项所述的混合结构的方法，包括：形成框架构件，其中框架构件包括大于或等于三个壁，所述壁形成具有其中两个壁相交的凸状部分的通道；沿着凸状部分的至少一部分形成凹入变形，其中凸状部分和凹入变形在壁中形成间隙；并且，将加强构件包覆成型到框架构件上，其中加强构件的至少一部分延伸到间隙中以与框架构件互锁。
实施方案20：如实施方案19所述的方法，其中所述壁中的间隙配置为在所述包覆成型过程中用作流动流道(flow-runner)。
实施方案21：如实施方案19-20中任一项所述的方法，还包括将所述混合结构附接到车辆组件。
通常，本发明可替代地包括本文公开的任何合适的组分，由本文公开的任何合适的组分组成，或者基本上由本文公开的任何合适的组分组成。本发明可以另外地或替代地配制成不含或基本不含现有技术组合物中使用的或者另外对于实现本发明的功能和/或目的不是必需的任何组分、材料、成分、佐剂或物质。针对相同组分或性质的所有范围的端点是包括性的和可独立组合的(例如，“小于或等于25wt％，或5wt％至20wt％”的范围包括“5wt％至25wt％”等的范围的端点和所有中间值)。除了更广泛的范围之外，披露更窄范围或更具体的基团并不是对更广泛范围或更大基团的放弃。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文的术语“第一”，“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于指示一个元件与另一个元件。本文中的术语“一个(a)”和“一个(an)”和“该(the)”不表示数量的限制，并且应被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或上下文明显矛盾。“或”表示“和/或”。如本文使用的，后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，从而包括该术语中的一个或多个(例如，膜包括一个或多个膜)。整个说明书对“一个实施方式(oneembodiment)”、“另一个实施方式(another embodiment)”、“一个实施方式(anembodiment)”等的引用意思是结合实施方式描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文描述的至少一个实施方式中，并且可能存在或可能不存在于其他实施方式中。此外，应该理解，在各个实施方案中描述的元素可以任何适当的方式组合。
除非另有说明，否则本文使用的术语“前”、“后”、“底部”和/或“顶部”仅仅是为了便于描述，并且不限于任何一个位置或空间取向。“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可以发生或不发生，并且该描述包括其中事件发生的实例和其中事件不发生的实例。除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
所有引用的专利、专利申请和其他参考文献都通过引用其全部内容并入本文。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自并入的参考文献的冲突术语。
尽管描述了具体实施方案，但申请人或本领域技术人员可能想到是或可能是目前未预见的替代方案、修改、变型、改进和实质等同物。因此，如提交的和可能对它们进行修改的所附权利要求意图包括所有这样的替代方案、修改、变型、改进和实质等同物。

Claims (23)

1.一种混合结构，包括：
框架构件，包括至少三个壁，所述至少三个壁形成在两个壁相交处具有凸状部分的通道；
在至少一个所述凸状部分中的凹入变形，其中所述凹入变形延伸到所述通道中并具有形成穿过所述凸状部分的开口的开口端；和
在所述通道中的塑料加强构件，其中所述加强构件的一部分延伸到所述开口中并且在所述变形上延伸。
2.如权利要求1所述的混合结构，其中所述框架构件包括金属、塑料、复合材料或包含前述中的至少一种的组合。
3.如前述权利要求中任一项所述的混合结构，其中所述框架构件包括第一材料，并且所述加强构件包括与所述第一材料不同的材料。
4.如权利要求1所述的混合结构，其中与仅包含金属的金属结构相比，所述混合结构的质量减少大于或等于30％，而在冲击期间所述混合结构所具有的刚度大于或等于金属结构的刚度。
5.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述框架构件包含钢、铝、镁或包含前述中的至少一种的组合。
6.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述加强构件包含热塑性塑料。
7.如权利要求1或2所述的混合结构，其中至少一个壁还包括远离所述凸状部分定位的附加凹入变形。
8.如权利要求7所述的混合结构，其中所述附加凹入变形位于所述至少一个壁的中心部分。
9.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述凹入变形具有均匀的厚度。
10.如权利要求9所述的混合结构，其中单个凹入变形的厚度变化小于或等于10％。
11.如权利要求9所述的混合结构，其中单个凹入变形的厚度变化小于或等于5％。
12.如权利要求9所述的混合结构，其中单个凹入变形的厚度变化小于或等于3％。
13.如权利要求9所述的混合结构，其中所述凹入变形具有1毫米至2毫米的均匀厚度。
14.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述加强构件包括蜂窝结构和/或肋状图案。
15.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述混合结构不含额外的金属嵌件。
16.如权利要求1或2所述的混合结构，还包括至少两个凸状部分，其中每个凸状部分包括至少一个凹入变形。
17.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述混合结构被配置用于与开放通道系统和/或封闭通道系统结合。
18.如权利要求1或2所述的混合结构，其中所述混合结构被配置为附接到车辆组件。
19.如权利要求18所述的混合结构，其中所述车辆组件包括白车身、梁、轨道、保险杠、前端模块、座椅、底盘、横杆、地板、支柱、框架或包括前述中的至少一种的组合。
20.如权利要求18所述的混合结构，其中所述混合结构被配置成通过机械固定、焊接、粘合或包括前述中的至少一种的组合附接到所述车辆组件。
21.一种制造如前述权利要求中任一项所述的混合结构的方法，包括：
形成框架构件，其中所述框架构件包括大于或等于三个壁，所述大于或等于三个壁形成在两个壁相交处具有凸状部分的通道；
沿着所述凸状部分的至少一部分形成凹入变形，其中所述凸状部分和所述凹入变形在所述壁中形成间隙；和
将加强构件包覆成型到所述框架构件上，其中所述加强构件的至少一部分延伸到所述间隙中以与所述框架构件互锁。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述壁中的所述间隙配置为在所述包覆成型过程中用作流动流道。
23.如权利要求21-22中任一项所述的方法，还包括将所述混合结构附接到车辆组件。
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