CN112572340A - 一种新型负泊松比车用安全带 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负泊松比蜂窝结构，可应用于汽车安全带设计。新的负泊松比蜂窝结构，将蜂窝形状设计为交错排布的交叉型蜂窝结构，纵向采用内凹六边形结构，内凹六边形呈上下对称的燕尾(1)形状，在燕尾头部(2)处融合星型结构，星型结构呈左右对称，并从中间凹角处分开。当结构上下两端受到较大拉应力时，内凹六边形的斜边(4)将受压发生内凹，进而对星型结构的上侧边(3)产生向内的拉力，星型结构处的凹角(5)被拉大，横向距离增大，从而呈现拉胀效应。本发明设计巧妙，在保证安全带足够强度的前提下，通过负泊松比结构独特的拉胀效应，解决了传统安全带在紧急制动时对人体的伤害。

Description

一种新型负泊松比车用安全带

技术领域

本发明涉及结构设计及应用领域，特别是一种新型负泊松比车用安全带。

背景技术

泊松比是指材料在拉伸或压缩时横向与纵向应变的负比值。正的泊松比是指，当在纵向上对物体上施加拉伸作用力时，物体在横向方向收缩。对于大多数传统材料来说，其泊松比为正值。相反地，负泊松比是指当在纵向上给物体施加拉伸力的时，其横向方向也膨胀。负泊松比材料也被称为“拉胀”材料。泊松比是一种弹性常数，不受材料尺寸的影响。目前，乘用汽车广泛采用三点式安全带保护乘员。在汽车发生碰撞时，通过被锁紧的安全带织带将乘员“束缚”在座椅上，限制乘员的前移量，以避免乘员与汽车内饰发生二次碰撞或被甩出车外。作为主要的乘员约束保护装置，安全带是目前最有效的汽车被动安全装置，在减少交通事故死亡人数和减轻乘员伤害程度方面具有极佳效果。

现有的汽车安全带织带主要采用尼龙或聚脂纤维材料编织而成，表面光滑，具有较高的强度、延伸性和良好的能量吸收特性。但是，这种通用安全带织带在被锁止后，在人体较大的冲击加速度作用下，会因纵向拉伸产生横向缩窄变形，使得与人体胸部和腹部发生作用的织带面积减小。在汽车碰撞加速度较大，乘员对织带的冲击压力较高时，织带作用面积的减小会对接触躯干产生过大的压强，有可能造成乘员胸部和腹部过度压缩，严重时会对内脏造成伤害，甚至危及生命。由于传统安全带织带材料的正泊松比特性，使其不能克服以上缺点，降低了安全带装置的整体保护效果。

现有的安全带设计主要存在的主要问题有：

1)受材料限制，安全带弹性变形属于拉缩变形，回复程度低。

2)织带受人体冲击压力较高时，由于接触面积的减小会对躯干产生过大的压强，危及乘客安全，造成二次损伤。

3)材料透气性差，样式单一。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种新的蜂窝夹层安全带，将内凹六边形的腰部进行改造，融合星型结构。当受到冲击后，安全带的纵向被拉伸，内凹结构的横向宽度显著增大，同时纵向的星型结构由于连接处的变形同样被拉伸，从而呈现拉胀效应。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种新的负泊松比蜂窝结构，将蜂窝形状设计为交错排布的交叉型蜂窝结构，纵向采用内凹六边形结构，如图3所示。内凹六边形呈上下对称的燕尾(1)形状，在燕尾头部(2)处融合星型结构，星型结构呈左右对称，并从中间凹角处分开。当结构上下两端受到较大拉应力时，内凹六边形的斜边(4)将受压发生内凹，进而对星型结构的上侧边(3)产生向内的拉力，星型结构处的凹角(5)被拉大，横向距离增大，从而呈现拉胀效应。

本发明所述的安全带结构保证整体的宽度为2t，整体的厚度为d，在没有创造性劳动的基础上，改变其宽度和厚度都视为对本发明的应用。

本发明采用具有拉胀效应的负泊松比蜂窝结构构造车用安全带，在车辆发生碰撞时，受到具有加速度的人体上肢躯干的撞击，安全带沿纵向被拉伸，因具有负泊松比拉胀特性，安全带沿横向发生膨胀变形，使得安全带与人体接触面积增大。在相同的撞击力度下，受力面积增大使得人体胸部和腹部所受压强相应减小，从而减小对乘员躯干的挤压，避免肋骨及内脏损伤，以达到避免传统安全带织带受拉变窄可能对乘员造成二次伤害的效果。

本发明采用具有负泊松比特性的安全带，仅涉及安全带本身，不需要改变安全带装置其他零部件及总体结构，简单高效，便于生产。

附图说明

图1为星型-内凹交叉型蜂窝结构排布方式。

图2为星型-内凹交叉型蜂窝结构标注图。

图3为星型-内凹交叉型蜂窝结构示意图。

图4为星型-内凹交叉型蜂窝安全带结构示意图。

图5为星型-内凹交叉型蜂窝安全带受冲击的变形位移云图。

图6为星型-内凹交叉型蜂窝安全带受冲击的Mises应力云图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种星型-内凹交叉型蜂窝结构，在横向纵向皆为对称结构，结构顶部和底部分别为倒置的等腰梯形。所述的倒梯形的内角为α，倒梯形的底边长度为L，腰长为l，中部内凹各边为l，标注如图2所示。

当结构遇到纵向拉伸时，星型-内凹交叉型蜂窝结构的顶板和底板距离被拉长，而位于中间的星型结构受到沿竖直方向力的拽拉，即向外膨胀，从而产生拉胀效应。

根据单胞的尺寸决定整体结构的长度及宽度，在蜂窝排列结构中，图1和图4的排列仅为给定尺寸下的排列。

如图3所述的由负泊松比蜂窝夹层结构形成的负泊松比蜂窝板示意图每行交错排列，并且在纵向上有相应的曲率，以更好的贴合人机关系，保证变形的需要。图5和图6所展示的为商业有限元软件ABAQUS模拟安全带横向变形的位移云图和应力云图。

本发明专利的工作原理：

安全带在受到人体的冲击时，在约束人体向前的情况下与人体接触部分发生横向的扩展，有效抑制接触面积的减少。当人体受到保护后，安全带失去冲击力的作用而回缩。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种星型-内凹交叉型蜂窝结构安全带，其特征在于，由一种星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞阵列而成。

2.根据权利要求1所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞，其特征在于：由内凹六边形蜂窝结构和星型蜂窝结构巧妙结合：纵向采用内凹六边形结构，横向采用四阶-星型结构。内凹六边形呈上下对称的燕尾形状，在内凹六边形的凹角顶点处断开外接星型结构，星型结构呈左右对称四角星形状，并从内凹角处断开与内凹六边形相连。星型结构在纵向也是对称结构。新的负泊松比蜂窝结构，将蜂窝形状设计为交错排布的交叉型蜂窝结构，纵向采用内凹六边形结构，内凹六边形呈上下对称的燕尾(1)形状，在燕尾头部(2)处融合星型结构，星型结构呈左右对称，并从中间凹角处分开。当结构上下两端受到较大拉应力时，内凹六边形的斜边(4)将受压发生内凹，进而对星型结构的上侧边(3)产生向内的拉力，星型结构处的凹角(5)被拉大，横向距离增大，从而呈现拉胀效应。

3.根据权利要求2所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞，其特征在于，所述的星型结构尖端夹角为θ，内凹六边形的腰部斜杆长度为l，宽度为t。所述的内凹结构尾部的长度为L，宽度为2t，底角为α。

4.根据权利要求2所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞，其特征在于，所述凹角处为尖角或圆角。

5.根据权利要求2所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞，其特征在于，所述变形杆为恒定截面或可变截面。

6.根据权利要求2所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞，其特征在于，所述变形杆为实心材料或空心材料。

7.根据权利要求2所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构单胞，其特征在于，所述杆件由冲压、挤压或打印成型的方式制成。

8.根据权利要求1所述的星型-内凹交叉型蜂窝结构安全带，其特征在于，所述安全带的制备材料为锦纶、维纶、聚酯纤维或蚕丝料。

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