CN111994026B - 改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁 - Google Patents
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Abstract
改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，包括横梁吸能盒(2)，横梁的截形为W形，横梁由中部渐变段、突变段和边部渐变段构成，中部渐变段的截面尺寸从中部向两侧靠近吸能盒的位置递减，边部渐变段与吸能盒的位置对应，边部渐变段的截面尺寸由突变段向端部逐渐减小，两突变段分别连接中部渐变段和边部渐变段，突变段的截面由中部渐变段末端向边部渐变段递增。本发明的主要优点如下：1、材料密度低，有较好的轻量化效果；2、横梁为变截面可以增加横梁的刚性；3、边部渐变段的倾角，在ACAR碰撞测试时，有利于增大避障和防撞梁的接触面积，减小应力集中，提高安全性；4、吸能盒可有效减小碰撞时截面力峰值，吸能盒在出现溃缩时，各个侧壁均会收缩，提高溃缩效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车安全部件，特别是改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁。
背景技术
随着汽车保有量的不断增加，汽车产品逐渐成为人们生活中的一部分。汽车数量的激增环境保护及安全问题日益突出，汽车轻量化的设计也越来越受到重视。提高传统燃油车的节能性、环保性、安全性、降低燃油消耗及减少排放，提高新能源汽车的续航里程都是亟待解决的问题，由此，汽车轻量化设计已经成为汽车持续发展的关键技术。随着汽车轻量化技术的发展，越来越多的汽车零部件减重要求被提上日程，不仅在内饰、车门、前围、座椅等部位采用了改性塑料材质，甚至在汽车油箱、尾门及保险杠上使用改性塑料。对于汽车防撞梁而言,在保证安全性能、降低其重量的同时，需要提高结构性能并且有效吸收冲击能量，减少乘员舱及车身结构的损坏的要求，这给业内人士对防撞梁的结构设计提出富有挑战性的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，所述防撞梁通过变截面横梁和非等壁厚吸能盒的设计，在保持轻量化的同时有效提高横梁的强度、优化吸能盒的吸能效果。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，包括横梁和安装在横梁两侧的吸能盒，所述横梁的截形为W形，横梁由中部渐变段、突变段和边部渐变段构成，中部渐变段的截面尺寸从中部向两侧靠近吸能盒的位置递减，边部渐变段与吸能盒的位置对应，边部渐变段的截面尺寸由突变段向端部逐渐减小，两突变段分别连接中部渐变段和边部渐变段，突变段的截面由中部渐变段末端向边部渐变段递增。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，所述吸能盒由吸能盒外壁和吸能盒芯部构成，吸能盒外壁的厚度由顶部至根部逐步增大，外壁的外表面由顶部至根部设置溃缩槽，吸能盒芯部设有沿X向延伸的数道波浪筋，相邻波浪筋的凸起、凹陷部位对称，相邻波纹筋的凸起部位由Y向的横筋连接，临近外壁的波浪筋凹陷部位由横筋与吸能盒外壁连接。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，横梁的内壁与外壁之间分布数条连接斜筋和数条连接直筋，相邻连接斜筋构成三角形。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，所述横梁中部渐变段的内壁、外壁均为弧形外凸，中部渐变段最大厚度B1和最小厚度B2的尺寸关系为B2＝(0.58-0.62)B1，边部渐变段最大厚度B3和最小厚度B4的尺寸关系为B4＝(0.68-0.72)B3,B4＝(0.9-1.1)B2，突变段两侧分别中部渐变段和边部渐变段光滑过渡连接。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，边部渐变段的倾角a为9-11°。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，吸能盒内壁设有沿X方向的吸能盒加强筋，吸能盒设有顶盖和底板，顶盖、底板、外壁与吸能盒加强筋为一体结构。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，横梁突变段的前壁与后壁之间设置相互交叉的连接斜筋。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，吸能盒为PC/PBT材料一体注塑成型。
上述改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，吸能盒顶盖嵌装防转螺母，吸能盒与横梁间螺栓连接。
本发明的主要优点如下：1、横梁选用连续玻纤增强复合材料模压成型，具有较高的刚性和强度，材料密度低，可实现较好的轻量化效果；2、根据受力特点设计横梁为变截面结构，横梁在长度方向上呈中间厚向两端逐渐减薄的趋势，横梁中部渐变段的内外弧面均为凸弧面，可以增加横梁的刚性；3、横梁两侧突变段和边部渐变段的结构设计，在ACAR碰撞测试时，有利于增大避障和防撞梁的接触面积，减小应力集中，提高安全性；4、吸能盒非等壁厚结构可有效减小碰撞时吸能盒截面力峰值，避免因将过大的力传递给纵梁等部件而引起的破坏，吸能盒侧壁溃缩槽结构可以使吸能盒从上往下规律溃缩，提高吸能效果；5、吸能盒芯部加强筋为平面负泊松比结构，使得吸能盒在出现溃缩时，各个侧壁均会收缩，提高吸能盒均匀溃缩效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是横梁的截形示意图；
图4是吸能盒的结构示意图；
图5是吸能盒外壁和顶盖的剖视示意图；
图6是吸能盒去掉顶盖的结构示意图。
图中各标号清单为：1、横梁，1-1、中部渐变段，1-2、突变段，1-3、边部渐变段，1-4、连接斜筋，1-5、连接直筋，2、吸能盒，2-1、吸能盒外壁，2-1-1，溃缩槽，2-2、吸能盒顶盖，2-3、吸能盒加强筋，2-4、底板，2-5、波浪筋，2-6、横筋，3、防转螺母。
具体实施方式
参看图1-图3，本发明所述防撞梁包括横梁1和安装在横梁两侧的吸能盒2，本发明的横梁和吸能盒都是采用改性材料制作。图1所示为使用状态的防撞梁，Z方向为上下方向，Y方向为左右方向，X方向为前后方向。横梁的截形为开口朝向车体外侧的W形。横梁为LFT-D加连续玻纤增强铺层复合材料，通过模压成型工艺成型。所述材料具有较高的刚性和强度，材料密度低，有较好的轻量化效果。根据横梁的受力特点，横梁整体采用变截面。横梁由中部渐变段1-1、位于中部渐变段两侧的突变段1-2和位于横梁两端的边部渐变段1-3构成。中部渐变段的截面尺寸从中部向两侧靠近吸能盒的位置递减，横梁中部渐变段的内壁、外壁均为弧形外凸，以增加横梁的刚性。边部渐变段与吸能盒的位置对应，边部渐变段的截面尺寸由突变段向端部逐渐减小，两突变段分别连接中部渐变段和边部渐变段，突变段的截面由中部渐变段末端向边部渐变段递增。边部渐变段的倾角为9-11°。横梁的上述结构经在ACAR碰撞测试表明，有利于增大避障和防撞梁的接触面积，减小应力集中，提高安全性。中部渐变段最大厚度B1和最小厚度B2的尺寸关系为B2＝(0.58-0.62)B1，边部渐变段最大厚度B3和最小厚度B4的尺寸关系为B4＝(0.68-0.72)B3,B4＝(0.9-1.1)B2，突变段两侧分别中部渐变段和边部渐变段光滑过渡连接，避免应力集中。在横梁的内壁与外壁之间分布数条连接斜筋1-4和数条连接直筋1-5，相邻连接斜筋构成三角形，以增强结构强度；对应突变段的前壁与后壁之间设置相互交叉的连接斜筋，进一步增强此部位的结构强度。此外，对横梁受力较大的部位可采用局部增厚加强的方式来提升局部强度，这种局部增厚方式对所述防撞梁总成重量影响很小，强度提升明显。横梁采用采用LFT-D加连续玻纤增强铺层复合材料，通过模压成型工艺成型。
参看图4-6，吸能盒2采用PC/PBT材料，该材料具有很高的延伸率。吸能盒由吸能盒外壁2-1和吸能盒芯部构成，吸能盒外壁的厚度由顶部至根部逐步增大，外壁的外表面由顶部至根部设置溃缩槽2-1-1。该结构可有效减小碰撞时吸能盒截面受力峰值，避免因将过大的力传递给纵梁等部件而引起的破坏。溃缩槽有利于提高吸能盒强度，引导吸能盒规律溃缩，提高吸能盒的吸能效果。吸能盒芯部设有沿X向延伸的数道波浪筋2-5，相邻波浪筋的凸起、凹陷部位对称，相邻波纹筋的凸起部位由Y向的横筋2-6连接，临近外壁的波浪筋凹陷部位由横筋与吸能盒外壁连接，波浪筋和横筋构成网状。吸能盒芯部为负泊松比结构，该结构在Z向受挤压时，在与Z向垂直的Y向上也是压缩状态的结构，如图6所示。吸能盒加强筋2-3成型拔模方向与侧壁2的长度方向一致，此结构在吸能盒沿X向压溃过程中，可有效提高吸能盒长度方向的刚性。由于负泊松比结构在吸能盒一侧受压收缩时，垂直方向一侧也会收缩的特性，使得吸能盒在出现溃缩时，吸能盒各外壁均会收缩，明显提高吸能盒均匀溃缩效果，而且不容易产生开裂现象。吸能盒内壁设有沿X方向的吸能盒加强筋2-3。吸能盒设有顶盖2-2和底板2-4，顶盖、底板、外壁与吸能盒加强筋为一体结构。吸能盒顶盖嵌装防转螺母3，吸能盒与横梁间螺栓连接。在吸能盒的底板上设有4个过孔，该过孔是用于防撞梁和车身相连。
本发明采用改性材料符合轻量化设计理念，通过结构设计可提高横梁的刚度和强度，通过不等壁厚和负泊松比结构可提高吸能盒的吸能效果。
Claims (7)
1.一种改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，包括横梁(1)和安装在横梁两侧的吸能盒(2)，其特征在于：所述横梁的截形为W形，横梁由中部渐变段(1-1)、突变段(1-2)和边部渐变段(1-3)构成，中部渐变段的截面尺寸从中部向两侧靠近吸能盒的位置递减，边部渐变段与吸能盒的位置对应，边部渐变段的截面尺寸由突变段向端部逐渐减小，两突变段分别连接中部渐变段和边部渐变段，突变段的截面由中部渐变段末端向边部渐变段递增；
所述吸能盒由吸能盒外壁(2-1)和吸能盒芯部构成，吸能盒外壁的厚度由顶部至根部逐步增大，外壁的外表面由顶部至根部设置溃缩槽(2-1-1)，吸能盒芯部设有沿X向延伸的数道波浪筋(2-5)，相邻波浪筋的凸起、凹陷部位对称，相邻波纹筋的凸起部位由Y向的横筋(2-6)连接，临近外壁的波浪筋凹陷部位由横筋与吸能盒外壁连接；横梁的内壁与外壁之间分布数条连接斜筋和数条连接直筋，相邻连接斜筋构成三角形。
2.根据权利要求1所述的改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，其特征在于：所述横梁中部渐变段的内壁、外壁均为弧形外凸，中部渐变段最大厚度B1和最小厚度B2的尺寸关系为B2＝(0.58-0.62)B1，边部渐变段最大厚度B3和最小厚度B4的尺寸关系为B4＝(0.68-0.72)B3,B4＝(0.9-1.1)B2，突变段两侧分别中部渐变段和边部渐变段光滑过渡连接。
3.根据权利要求2所述的改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，其特征在于：边部渐变段的倾角a为9-11°。
4.根据权利要求3所述的改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，其特征在于：吸能盒内壁设有沿X方向的吸能盒加强筋(2-3)，吸能盒设有顶盖(2-2)和底板(2-4)，顶盖、底板、外壁与吸能盒加强筋为一体结构。
5.根据权利要求4所述的改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，其特征在于：横梁突变段的前壁与后壁之间设置相互交叉的连接斜筋。
6.根据权利要求5所述的改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，其特征在于：吸能盒为PC/PBT材料一体注塑成型。
7.根据权利要求6所述的改善结构强度和吸能效果的改性材料汽车防撞梁，其特征在于：吸能盒顶盖嵌装防转螺母(3)，吸能盒与横梁间螺栓连接。
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