CN113263997A - 一种小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成 - Google Patents

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Abstract

一种小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，包括横梁和吸能盒，所述横梁为长玻纤热固性复合材料模压或注塑而成，横梁中部为外凸正弧段，横梁两端为对称的内凸反弧段，正外凸正弧段与内凸反弧段之间由直段平滑过渡，吸能盒与直段连接；所述吸能盒为PA+PBT复合材料注塑一体成形，吸能盒包括吸能盒盒体和安装板，吸能盒盒体内设有数条吸能盒内筋板，吸能盒内筋板将吸能盒盒体内分隔为多个小腔体，吸能盒内筋板的厚度由吸能盒盒体底部到顶部截面尺寸递减。本发明符合轻量化设计理念，在保证防撞梁总成性能要求的前提下利用改性材料的工艺特性实现结构优化设计，通过结构改进提高横梁的刚度和强度，通过吸能盒内筋板不等厚结构提高吸能盒的吸能效果。

Description

一种小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成
技术领域
本发明涉及一种汽车安全部件，特别是小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成。
背景技术
汽车轻量化已经成为汽车技术发展中的一个重要方向，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设计日程。目前，不仅在内饰、车门、前围、座椅等部位采用非金属改性塑料，甚至在汽车油箱、保险杠及汽车尾门上使用改性塑料。以汽车前、后防撞梁为例，采用非金属材料制造的汽车前后防撞梁与传统金属材料相比，零部件具有质量轻、集成度高、设计自由度高、生产周期短和行人保护能力强等优点。在汽车发生碰撞时，优良的防撞梁结构能够有效吸收冲击能量，减少乘员舱及车身结构的损坏，不但能够减少乘员受伤程度还能减少维修费用。防撞梁是汽车重要的安全部件，在发生碰撞时防撞梁的抗弯性能是汽车安全性能的重要衡量指标。目前，随材料的改进，加工方法不断的出新，给防撞梁结构设计带来了更多的改进空间，在满足防撞梁的碰撞力学性能前提下，充分利用材料特性开发符合轻量化要求的复合材料防撞梁总成是业内人士努力的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，所述防撞梁总成充分利用复合材料的性能和加工特点，通过结构形状的改进设计，在符合轻量化设计的同时有效提高横梁的刚度和强度且使吸能盒具有更高的吸能效果。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，包括横梁和安装在横梁两侧的吸能盒，所述横梁为长玻纤热固性复合材料，通过模压或注塑工艺成型，横梁中部为外凸正弧段，横梁两端为对称的内凸反弧段，正外凸正弧段与内凸反弧段之间由直段平滑过渡，吸能盒与直段连接；所述吸能盒为PA+PBT复合材料注塑一体成形，吸能盒包括吸能盒盒体和安装板，吸能盒盒体内设有数条吸能盒内筋板，吸能盒内筋板将吸能盒盒体内分隔为多个小腔体，吸能盒内筋板的厚度由吸能盒盒体底部到顶部截面尺寸递减。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，所述横梁外壁的截形为“凹”形，开口面朝向车体前部，上下侧壁相对后壁倾斜，在横梁的型腔内设有沿长度方向的横梁主加强筋，在横梁主加强筋两侧设置连接横梁主加强筋与横梁外壁的型腔加强筋，型腔加强筋将横梁型腔分隔为多个三角形区域。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，在横梁上侧壁、下侧壁开口部位设有翻边，翻边与侧壁间分布有三角形的侧壁加强筋。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，吸能盒的盒体侧壁与安装板之间设有加强肋板，加强肋板为三角形，盒体的每个侧壁分布两条加强肋板。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，横梁的上、下侧壁相对后壁的倾斜角a的角度为3°-5°。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，吸能盒盒体顶部预埋连接螺母，横梁的直段型腔处设有矩形的安装槽，连接螺栓穿过安装槽与螺母螺纹连接。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，横梁外凸正弧段的长度为横梁总长的50％-55％，横梁内凸反弧段长度为横梁总长的10％-15％。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，吸能盒内筋板在吸能盒盒体内呈田字分布、多格分布或蜂窝状分布。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，吸能盒内筋板底部截面面积是顶部截面面积的1.3-1.5倍。
上述小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，吸能盒盒体的边部圆角处设置溃缩孔
本发明所述防撞梁总成包括横梁和吸能盒，相比现有技术其主要优点如下：1、横梁选取长玻纤热固性复合材料，横梁整体为中部正弧、两端反弧，正反弧之间由直段平滑过渡的形状结构。该结构既利于提高横梁的抗弯性能，又有利于吸能盒的可靠安装，还有利于新碰撞法规的通过。2、横梁的上下两侧壁与竖直方向设置3-5°的夹角，在发生正面碰撞变形时，有利于中间加强筋发挥作用，且便于加工过程脱模。3、横梁的凹型截面型腔内有沿长度方向的横梁主加强筋，在该加强筋两侧分布有三角形的型腔加强筋，该结构可以提升横梁的整体刚性。4、在横梁上、下侧壁设有翻边，翻边侧壁间分布有三角形的侧壁加强筋，起到局部加强作用，明显减小相关碰撞法规中的变形量。4、吸能盒选取具有高延伸率的PA+PBT复合材料，采用注塑一体成形，吸能盒设置不等厚内筋板，合理材料分布，有利于逐级溃缩吸能。5、吸能盒本体与安装板之间设置加强肋板，提高吸能盒与横梁的连接强度和刚度。
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是横梁的结构示意图；
图3是横梁外壁截形的示意图；
图4是吸能盒的结构示意图；
图5是吸能盒的剖视示意图；
图6-图8是吸能盒内筋板的三种分布示意图。
图中各标号清单为：1、横梁，1-1、外凸正弧段，1-2、内凸反弧段，1-3、直段，1-4、横梁主加强筋，1-5、型腔加强筋，1-6、侧壁加强筋，1-7、安装槽，1-8、翻边，2、吸能盒，2-1、吸能盒盒体，2-1，溃缩槽，2-2、连接板，2-3、溃缩孔，2-4、加强肋板，2-5、吸能盒内筋板，2-6、连接螺母。
具体实施方式
参看图1-图3，本发明所述防撞梁总成包括横梁1和安装在横梁两侧的吸能盒2，图中所标示的上、下、前、后是依据防撞梁总成使用状态的方位。所述横梁为长玻纤热固性复合材料，通过模压或注塑工艺成型，该材料具有较高的刚性、强度和良好的塑性，材料密度低，轻量化效果好，工艺性好。本发明利于材料易于成形的特性对横梁的几何形状进行了改进设计，其中横梁中部为外凸正弧段1-1，横梁两端为对称的内凸反弧段1-2，外凸正弧段与内凸反弧段之间由直段1-3平滑过渡，吸能盒与直段连接。横梁外凸正弧段的长度为横梁总长的50％-55％，横梁内凸反弧段长度(单侧)为横梁总长的10％-15％。上述结构，外凸正弧段可以提高横梁承受正面抵抗撞击的能力；直段便于与吸能盒可靠连接；在发生碰撞时候，两段内凸反弧段可以增加横梁与壁障的接触面积，减小传递到车身的作用力，从而降低对车内人员的损伤，提升车辆碰撞性能。试验表明，设置内凸反弧段后容易通过新碰撞法规。横梁外壁的截形为“凹”形，开口面朝向车体前部，在横梁上侧壁、下侧壁开口部位设有翻边1-8，翻边结构可以提高横梁前部边缘的强度；翻边与侧壁间分布有三角形的侧壁加强筋1-6。侧壁加强筋可局部增强翻边位置的强度，起到局部加强作用。翻边和侧壁加强筋的结构可以明显减小相关碰撞法规中的变形量。在横梁的型腔内设有沿横梁长度方向的横梁主加强筋1-4，在横梁主加强筋两侧设置连接横梁主加强筋与横梁外壁的型腔加强筋1-5，型腔加强筋将横梁型腔分隔为多个稳定性好的三角形区域。横梁主加强筋和型腔加强筋共同起到提高横梁强度的作用。横梁上下侧壁相对后壁倾斜设置，倾角a的角度为3°-5°。该结构一方面可以在碰撞时可充分利用加强筋的加强作用，减小横梁的变形量，另一方面有利于成型脱模工艺。
参看图1和图4-图8，吸能盒2为PA+PBT复合材料注塑一体成形，该材料具有300％的延伸率。吸能盒包括吸能盒盒体2-1和安装板2-2。吸能盒盒体顶部设有顶盖。吸能盒在注塑过程中将连接螺母2-6作为预埋件放置其中，使连接螺母牢固镶嵌在吸能盒盒体的内部。在镶嵌连接螺母的位置周围局部加厚，以提高连接强度。横梁的直段型腔处设有矩形的安装槽1-7，吸能盒与横梁连接时，连接螺栓穿过安装槽与连接螺母螺纹锁合。吸能盒盒体内设有数条吸能盒内筋板2-5，吸能盒内筋板将吸能盒盒体内分隔为多个小腔体，吸能盒内筋板的厚度由吸能盒盒体底部到顶部截面尺寸递减，吸能盒内筋板底部截面面积是顶部截面面积的1.3-1.5倍。吸能盒内筋板这种变截面设计有利于实现吸能盒的逐级溃缩，提升吸能效果，符合成型过程结构要求，有利于成型和模具设计。如图6-8所示，吸能盒内筋板在吸能盒盒体内呈田字分布(图6)、多格分布(图7)或蜂窝状分布(图8)。吸能盒内筋板的分布越致密，越有利于提高其吸能能力，并且有利于的吸能量的均匀分布。安装板上设有螺栓孔，安装板用于防撞梁总成与车体连接。在吸能盒盒体的边部圆角处设置引导溃缩的溃缩孔2-3。吸能盒盒体侧壁与安装板之间设有加强肋板2-4，加强肋板为三角形，盒体的每个侧壁分布两条加强肋板。加强肋板可以提高安装板与吸能盒盒体的连接强度。
本发明符合轻量化设计理念，在保证防撞梁总成性能要求的前提下利用改性材料的工艺特性实现结构优化设计，通过结构改进提高横梁的刚度和强度，通过吸能盒内筋板不等厚结构提高吸能盒的吸能效果。

Claims (10)

1.一种小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，包括横梁和安装在横梁两侧的吸能盒，其特征在于：所述横梁为长玻纤热固性复合材料，通过模压或注塑工艺成型，横梁中部为外凸正弧段，横梁两端为对称的内凸反弧段，正外凸正弧段与内凸反弧段之间由直段平滑过渡，吸能盒与直段连接；所述吸能盒为PA+PBT复合材料注塑一体成形，吸能盒包括吸能盒盒体和安装板，吸能盒盒体内设有数条吸能盒内筋板，吸能盒内筋板将吸能盒盒体内分隔为多个小腔体，吸能盒内筋板的厚度由吸能盒盒体底部到顶部截面尺寸递减。
2.根据权利要求1所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：所述横梁外壁的截形为“凹”形，开口面朝向车体前部，上下侧壁相对后壁倾斜，在横梁的型腔内设有沿长度方向的横梁主加强筋，在横梁主加强筋两侧设置连接横梁主加强筋与横梁外壁的型腔加强筋，型腔加强筋将横梁型腔分隔为多个三角形区域。
3.根据权利要求2所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：在横梁上侧壁、下侧壁开口部位设有翻边，翻边与侧壁间分布有三角形的侧壁加强筋。
4.根据权利要求3所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：吸能盒的盒体侧壁与安装板之间设有加强肋板，加强肋板为三角形，盒体的每个侧壁分布两条加强肋板。
5.根据权利要求4所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：横梁的上、下侧壁相对后壁的倾斜角a的角度为3°-5°。
6.根据权利要求5所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：吸能盒盒体顶部预埋连接螺母，横梁的直段型腔处设有矩形的安装槽，连接螺栓穿过安装槽与螺母螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：横梁外凸正弧段的长度为横梁总长的50％-55％，横梁内凸反弧段长度为横梁总长的10％-15％。
8.根据权利要求7所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：吸能盒内筋板在吸能盒盒体内呈田字分布、多格分布或蜂窝状分布。
9.根据权利要求8所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：吸能盒内筋板底部截面面积是顶部截面面积的1.3-1.5倍。
10.根据权利要求9所述的小型汽车用高性能轻量化复合材料防撞梁总成，其特征在于：吸能盒盒体的边部圆角处设置溃缩孔。
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