CN112977499A - 一种复材车身肩部型材结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料车体结构技术领域，尤其涉及一种复材车身肩部型材结构，肩部型材通过复合材料沿车身长度方向拉挤成型，包括外侧板体、内侧板体和连接板，外侧板体设置为圆弧板，内侧板体采用多段设计，包括第一部分以及对称设置在两侧的第二部分和第三部分，连接板包括第一肋板、第二肋板、第三肋板、第四肋板和第五肋板，将外侧板体和内侧板体之间分隔出多个空腔，能够有效降低肩部型材的重量，并提升型材的强度和刚度。通过第二部分与外侧板体之间的变截面设计，能够满足多个方向的承载，使肩部型材承受的径向气动载荷与沿周向承载的合力朝向肩部型材端部的延伸方向，分散肩部型材径向承受的气动载荷，增强结构的整体抗弯性能。

Description

一种复材车身肩部型材结构

技术领域

本发明涉及复合材料车体结构技术领域，尤其涉及一种复材车身肩部型材结构。

背景技术

随着轨道交通车辆高速快速化发展，车体结构轻量化已成为当前轨道车辆设计中的重要研究课题，其中，复合新材料的有效应用是结构轻量化的主流技术方向。现有的复合型材构件多通过拉挤成型，肩部型材作为列车车身的主要承载部件，气动载荷对其承载结构要求较高，因此需要设计一种具有较高抗弯性能的肩部型材结构。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种复材车身肩部型材结构，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种复材车身肩部型材结构，能够提高整体结构的抗弯性能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种复材车身肩部型材结构，其中，肩部型材包括外侧板体和内侧板体，在所述外侧板体和所述内侧板体之间设置有多个连接板，并通过多个所述连接板分隔形成多个空腔，所述肩部型材通过复合材料沿车身长度方向拉挤成型；

所述外侧板体设置为圆弧面，所述内侧板体设置为对称结构，包括依次连接的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分设置在所述内侧板体的中部位置，所述第二部分和所述第三部分均对称设置在所述第一部分的两侧；

所述连接板包括第一肋板、第二肋板、第三肋板、第四肋板和第五肋板，且均对称设置有两个。

进一步地，所述第一部分和所述第二部分均设置为平板，所述第二部分包括第一段和第二段，且所述第一段和所述第二段均设置为圆弧面；

所述第一段朝向所述外侧板体的凹侧凸起，所述第二段朝向所述外侧板体的凸侧凸起。

进一步地，所述第一段和所述第二段在二者连接处的切面相互平行，所述第一段在与所述第一部分连接处的切面与所述第一部分平行，所述第二段与所述第三部分连接处的切面与所述第三部分平行。

进一步地，所述第二段对应的圆心角大小为α，所述外侧板体对应的圆心角大小为β，且α+β=90°。

进一步地，所述第一部分与所述外侧板体之间的距离大于所述第三部分与所述外侧板体之间的距离，所述第二部分与所述外侧板体之间的距离朝向所述第三部分逐渐减小。

进一步地，所述第一肋板和所述第四肋板设置在所述第一部分与所述外侧板体之间，所述第二肋板设置在所述第二部分与所述外侧板体之间，所述第三肋板和所述第五肋板设置在所述第三部分与所述外侧板体之间。

进一步地，所述第一肋板、所述第二肋板和所述第三肋板均各自垂直于与其相连处的所述外侧板体弧面的切面，所述第四肋板垂直于所述第一部分，所述第五肋板垂直于所述第三部分。

进一步地，所述第二肋板靠近所述内侧板体的一端设置在所述第一段和所述第二段的连接处，所述第三肋板设置在所述外侧板体和所述内侧板体的端部。

本发明的有益效果为：肩部型材设置为对称结构，其外侧板体设置为圆弧面结构，使外侧板体承受气动载荷更加均匀；

第一部分与外侧板体之间加厚设计，能够有效提升肩部型材的承载能力，还可以保证承受气压载荷的安全性；

通过第二部分与外侧板体之间的变截面设计，能够满足多个方向的承载，使肩部型材承受的气动载荷与沿周向承载的合力朝向肩部型材端部的延伸方向，分散肩部型材径向承受的气动载荷，增强结构的整体抗弯性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中车身肩部型材的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例中车身肩部型材的主视图；

图3为本发明实施例中外侧板体和第二段的结构示意图；

图4为本发明实施例中车身肩部型材的承载示意图；

图5为本发明实施例中肩部型材端部承载示意图；

图6为本发明实施例中复材车身的剖面示意图。

附图标记：1、肩部型材；2、外侧板体；3、内侧板体；31、第一部分；32、第二部分；321、第一段；322、第二段；33、第三部分；4、连接板；41、第一肋板；42、第二肋板；43、第三肋板；44、第四肋板；45、第五肋板；5、空腔。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目 的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示的复材车身肩部型材结构，其中，肩部型材1包括外侧板体2和内侧板体3，在外侧板体2和内侧板体3之间设置有多个连接板4，并通过多个连接板4分隔形成多个空腔5，肩部型材1通过复合材料沿车身长度方向拉挤成型；外侧板体2设置为圆弧面，内侧板体3设置为对称结构，包括依次连接的第一部分31、第二部分32和第三部分33，第一部分31设置在内侧板体3的中部位置，第二部分32和第三部分33均对称设置在第一部分31的两侧；连接板4包括第一肋板41、第二肋板42、第三肋板43、第四肋板44和第五肋板45，且均对称设置有两个。

本发明涉及的一种复合材料车身设置为一种拉挤型材车身结构，将车体沿截面切分为若干模块，通过特定的组装工装将各个截面模块连接为整车，并增加补强环梁，组装两侧端墙，最终构成复合材料车体。其中，肩部型材1作为主要的承载结构，气动载荷对其结构性能要求较高，因此需要设计一种具有较高抗弯性能的肩部型材1结构。

具体的，肩部型材1通过复合材料沿车身长度方向拉挤成型，其横截面设置为圆弧状，进一步地，如图1和图2所示，包括外侧板体2、内侧板体3和连接板4，外侧板体设置为圆弧板，能够均匀承载作用在肩部型材1上的气动载荷；内侧板体采用多段设计，包括第一部分31以及对称设置在第一部分31两侧的第二部分32和第三部分33，连接板4包括第一肋板41、第二肋板42、第三肋板43、第四肋板44和第五肋板45，用于连接外侧板体2和内侧板体3，并将外侧板体2和内侧板体3之间分隔出多个空腔5，能够有效降低肩部型材1的重量，并提升型材的强度和刚度。

作为本发明的一种优选实施例，第一部分31和第二部分32均设置为平板，第二部分32包括第一段321和第二段322，且第一段321和第二段322均设置为圆弧面；第一段321朝向外侧板体2的凹侧凸起，第二段322朝向外侧板体2的凸侧凸起。第一部分31与外侧板体2之间的距离大于第三部分33与外侧板体2之间的距离，第二部分32与外侧板体2之间的距离朝向第三部分33逐渐减小。

上述实施例中，第二部分32与外侧板体2之间的腔体采用变截面设计，且腔体逐渐收拢，在收拢过程中采用圆弧面过度且收拢结构一体成型，使收拢结构更加稳固，且能够传递多个方向的承载，第一部分31与外侧板体2之间的腔体加厚设计，增强承载能力，采用收拢变截面结构，可以有效提升结构的承载能力，多腔体可以进一步保证结构承受气压载荷的安全性。

作为本发明的另一种优选实施例，第二部分32与外侧板体2之间的腔体采用变截面设计，且腔体靠近内侧板体3的一侧采用两段圆弧面实现逐渐收拢结构，其中，第一段321的圆弧截面朝向内侧凸起，第二段322的圆弧截面朝向外侧凸起。第一段321和第二段322在二者连接处的切面相互平行，第一段321在与第一部分31连接处的切面与第一部分31平行，第二段322与第三部分33连接处的切面与第三部分33平行。进一步地，第二段322对应的圆心角大小为α，外侧板体2对应的圆心角大小为β，且α+β=90°。

具体的，如图2和图3所示，外侧板体2的横截面设置为圆弧结构，其所对应的圆心角为β，第二部分32中的第二段322的横截面也设置为圆弧结构，其所对应的圆心角为α，圆心角β和圆心角α互余，此时肩部型材1从上向下传递来的周向承载传递至第二段322后，继续沿如图3所示的L₁方向传递至肩部型材的下端，如图4所示，使肩部型材1气动载荷的合力方向F₂与周向承载传递至端部的合力方向F₁相互垂直。

进一步地，如图4所示，作用在肩部型材1端部的力F₁和F₂，两者的合力为F总，直线L₂为气动载荷的合力方向，L₁为过度段第二段322与第一段321连接处的切线。其中，力F₁的方向与切线L₁平行，力F₂的方向与直线L₂平行。

第二部分的变截面收拢结构，通过第二段322的圆弧结构，将沿肩部型材周向传递的承载力斜向外侧导向，如图4中的F₁，可以将肩部型材1的整体承载作用在端部的合力在端部朝向F₁的方向延伸，由于圆心角β和圆心角α互余，使得气动载荷的合力F₂与力F₁相互垂直，使端部的合力方向垂直于端面。

肩部型材1的两侧分别拼接设置有车顶部分型材和侧墙部分型材，使肩部型材1整体受力能够通过两端部分别传递向车顶和侧墙，将肩部型材1承受的气动载荷，配合周向承载，使合力最终沿肩部型材1端部的延伸方向传递向两侧的车顶和侧墙，增强了肩部型材1的整体抗弯性能。

作为本发明的另一种优选实施例，连接板4包括第一肋板41、第二肋板42、第三肋板43、第四肋板44和第五肋板45，用于连接外侧板体2和内侧板体3，并将外侧板体2和内侧板体3之间分隔出多个空腔5，能够有效降低型材的重量，并提升型材的强度和刚度。具体的，第一肋板41和第四肋板44设置在第一部分31与外侧板体2之间，第二肋板42设置在第二部分32与外侧板体2之间，第三肋板43和第五肋板45设置在第三部分33与外侧板体2之间。

在实施过程中，第一肋板41、第二肋板42和第三肋板43均各自垂直于与其相连处的外侧板体2弧面的切面，第四肋板44垂直于第一部分31，第五肋板45垂直于第三部分33。第二肋板42靠近内侧板体3的一端设置在第一段321和第二段322的连接处，第三肋板43设置在外侧板体2和内侧板体3的端部。

其中，第一肋板41、第二肋板42、第三肋板43、第四肋板44和第五肋板45均用于支撑并连接外侧板体2和内侧板体3；第一肋板41、第二肋板42和第三肋板43均沿径向设置，更有利于气动载荷的传导，使气动载荷的合力方向指向外侧板体2的圆心角。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种复材车身肩部型材结构，其特征在于，肩部型材（1）包括外侧板体（2）和内侧板体（3），在所述外侧板体（2）和所述内侧板体（3）之间设置有多个连接板（4），并通过多个所述连接板（4）分隔形成多个空腔（5），所述肩部型材（1）通过复合材料沿车身长度方向拉挤成型；

所述外侧板体（2）设置为圆弧面，所述内侧板体（3）设置为对称结构，包括依次连接的第一部分（31）、第二部分（32）和第三部分（33），所述第一部分（31）设置在所述内侧板体（3）的中部位置，所述第二部分（32）和所述第三部分（33）均对称设置在所述第一部分（31）的两侧；

所述连接板（4）包括第一肋板（41）、第二肋板（42）、第三肋板（43）、第四肋板（44）和第五肋板（45），且均对称设置有两个；

所述第一部分（31）和所述第二部分（32）均设置为平板，所述第二部分（32）包括第一段（321）和第二段（322），且所述第一段（321）和所述第二段（322）均设置为圆弧面；

所述第一段（321）朝向所述外侧板体（2）的凹侧凸起，所述第二段（322）朝向所述外侧板体（2）的凸侧凸起；

所述第一段（321）和所述第二段（322）在二者连接处的切面相互平行，所述第一段（321）在与所述第一部分（31）连接处的切面与所述第一部分（31）平行，所述第二段（322）与所述第三部分（33）连接处的切面与所述第三部分（33）平行；

所述第二段（322）对应的圆心角大小为α，所述外侧板体（2）对应的圆心角大小为β，且α+β=90°。

2.根据权利要求1所述的复材车身肩部型材结构，其特征在于，所述第一部分（31）与所述外侧板体（2）之间的距离大于所述第三部分（33）与所述外侧板体（2）之间的距离，所述第二部分（32）与所述外侧板体（2）之间的距离朝向所述第三部分（33）逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的复材车身肩部型材结构，其特征在于，所述第一肋板（41）和所述第四肋板（44）设置在所述第一部分（31）与所述外侧板体（2）之间，所述第二肋板（42）设置在所述第二部分（32）与所述外侧板体（2）之间，所述第三肋板（43）和所述第五肋板（45）设置在所述第三部分（33）与所述外侧板体（2）之间。

4.根据权利要求3所述的复材车身肩部型材结构，其特征在于，所述第一肋板（41）、所述第二肋板（42）和所述第三肋板（43）均各自垂直于与其相连处的所述外侧板体（2）弧面的切面，所述第四肋板（44）垂直于所述第一部分（31），所述第五肋板（45）垂直于所述第三部分（33）。

5.根据权利要求4所述的复材车身肩部型材结构，其特征在于，所述第二肋板（42）靠近所述内侧板体（3）的一端设置在所述第一段（321）和所述第二段（322）的连接处，所述第三肋板（43）设置在所述外侧板体（2）和所述内侧板体（3）的端部。

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