CN113339440A - 一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构 - Google Patents

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信仁龙
陈立新
徐泽洲
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张志辉
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沙鹏威
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Abstract

一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构，包括吸能盒和蜂窝填充结构，所述的蜂窝填充结构安装于吸能盒内部；蜂窝填充结构为多个单个类似足球烯结构的蜂窝胞格沿X轴、Y轴和Z轴贴合阵列变换构成，在阵列过程中，相邻两个类似足球烯结构的蜂窝胞格相交棱完全重合，蜂窝胞格由十二个五边形桁架和二十个六边形桁架相连接后仿照足球烯结构做类球多面体阵列得到；蜂窝胞格结构提高了缓冲器填充材料的缓冲性能，并且有效增强了缓冲器填充结构的各向承载吸能能力，且较之传统多边形实体阵列缓冲填充结构而言，本发明的轻量化设计有所提高；通过将所设计的缓冲结构与现有缓冲吸能盒相结合，实现了组合式吸能的功能。

Description

一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构
技术领域
本发明属于缓冲吸能结构技术领域，具体涉及一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构。
背景技术
无人驾驶汽车技术目前仍在起步阶段，因无人驾驶技术不够纯熟而导致的交通事故也屡见不鲜，为了降低交通事故中驾乘人员因冲击而受到的伤害，车体结构需要做缓冲耐撞设计。
目前，汽车缓冲吸能主要依靠车身外壁结构及吸能盒来完成，在发生碰撞时，受到强烈撞击的薄壁构件会发生塑性变形，通过这种塑性变形将碰撞时间延长，并在此过程中将部分能量吸收转化为结构内能。其中蜂窝结构以其密度小、刚度低、压缩变形大、变形可控、轻量化，且吸能效果好等优势，在缓冲吸能领域得到了广泛的应用。目前，已有部分设计将蜂窝缓冲吸能结构安装在吸能盒中，通过组合式缓冲吸能，提高汽车在撞击过程中的缓冲性能。
目前较为常见的填充式蜂窝缓冲结构主要由多边形实体阵列得到，其承载力主要以纵向压缩为主，横向承载力较弱，因而对于缓冲器的受压方向有很精确的要求。这些特点使目前现存的缓冲耐撞结构设计难以适应现实条件下汽车所受的多向不同载荷冲击。
发明内容
本发明目的是提供一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构，该缓冲蜂窝结构具备多向承载能力，可提高传统多边形实体阵列蜂窝结构的多向承载能力。
为解决传统多边形实体阵列蜂窝结构多向承载能力较弱的技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构，包括吸能盒和蜂窝填充结构，所述的蜂窝填充结构安装于吸能盒内部；
吸能盒包括吸能盒包括侧板、上盖板和下盖板，上盖板和下盖板盖合在侧板上下两端；
蜂窝填充结构为多个单个类似足球烯结构的蜂窝胞格沿X轴、Y轴和Z轴贴合阵列变换构成，在阵列过程中，相邻两个类似足球烯结构的蜂窝胞格相交棱完全重合；
蜂窝胞格由十二个五边形桁架和二十个六边形桁架相连接后仿照足球烯结构做类球多面体阵列得到；
蜂窝填充结构外部上下端面的五边形桁架与吸能盒上盖板和下盖板以平行状态连接，蜂窝填充结构四周侧面趋近于吸能盒内壁，且蜂窝填充结构四周侧面与吸能盒内壁件设有装配间隙，装配间隙的长度小于单个蜂窝胞格半径长度的十分之一。
本发明的有益技术效果如下：
本发明提出了蜂窝胞格，由十二个五边形桁架和二十个六边形桁架相互连接构成，此种结构提高了缓冲器填充材料的缓冲性能，并且有效增强了缓冲器填充结构的各向承载吸能能力，且较之传统多边形实体阵列缓冲填充结构而言，本发明的轻量化设计有所提高；通过将所设计的缓冲结构与现有缓冲吸能盒相结合，实现了组合式吸能的功能，提高了缓冲吸能装甲的缓冲性能。本发明的适应环境更广，更轻量化，从而满足现实撞击过程中的多向变载荷条件。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明俯视图。
图3为本发明蜂窝填充结构示意图。
图4为本发明蜂窝胞格示意图。
图5为本发明蜂窝胞格受冲击时的原理图。
具体实施方式
参阅附图所示，一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构，包括吸能盒和蜂窝填充结构，所述的蜂窝填充结构安装于吸能盒内部，吸能盒的作用是作为外部支撑，用于安装固定支撑蜂窝填充结构，对内部蜂窝填充结构起到保护作用，防止在外部承受微小载荷时，蜂窝填充结构发生变形、断裂、叠压等破坏，进而影响缓冲性能，同时吸能盒还能抵抗少量外部载荷撞击，蜂窝填充结构的作用是用于吸收冲击能量；
吸能盒包括侧板11、上盖板12和下盖板13，侧板11为空心环状结构，上盖板12和下盖板13盖合在侧板11上下两端；
蜂窝填充结构为多个单个类似足球烯结构的蜂窝胞格14沿X轴、Y轴和Z轴贴合阵列变换构成；在阵列过程中，相邻两个类似足球烯结构的蜂窝胞格14相交棱完全重合；
蜂窝胞格14由十二个五边形桁架141和二十个六边形桁架142相连接后仿照足球烯结构做类球多面体阵列得到；蜂窝胞格14内的十二个五边形桁架与二十个六边形桁架相互连接在一起不仅可以承受正交三轴方向上的冲击，而且对于多向任意角度均具备相同的承载吸收能力；
蜂窝填充结构外部上下端面的五边形桁架141与吸能盒上盖板12和下盖板13以平行状态连接，蜂窝填充结构四周侧面趋近于吸能盒内壁，且蜂窝填充结构四周侧面与吸能盒内壁件设有装配间隙15，装配间隙15的长度小于单个蜂窝胞格14半径长度的十分之一，防止由于运动过程中产生震动导致蜂窝填充结构与吸能盒内壁发生撞击，损伤蜂窝胞格14结构，从而影响其缓冲吸能性能。
在上述技术方案中，蜂窝填充结构采用弹塑性蜂窝材料Ni-Ti合金通过3D打印技术制造；吸能盒采用弹塑性金属材料铝合金通过内壁一体成型技术制造。
为了方便组装与后续更换吸能盒与蜂窝填充结构，在蜂窝胞格14安装进吸能盒过程中，需预留如图2所示的装配间隙15，装配间隙15不可大于单个蜂窝胞格14结构半径长度的十分之一，防止由于运动过程产生震动导致蜂窝胞格14结构与吸能盒内壁发生撞击，损伤蜂窝胞格14结构，从而影响其缓冲吸能性能。
工作原理：
当本发明受到来自不同方向的外部冲击载荷作用时，由金属材料铝合金制造的吸能盒会充当第一层缓冲介质，吸收部分能量；如图2所示的装配间隙15则会充当第二层缓冲介质，吸收少量冲击能量；如图1所示的蜂窝填充结构结构则会充当第三层缓冲介质，吸收大部分外部冲击能。
当蜂窝填充结构，即第三层缓冲介质工作时，单个蜂窝胞格14受冲击情况如图5所示，由于类似足球烯结构的蜂窝胞格14的特殊性，无论外部冲击载荷方向如何变化，其方向始终可以和类似足球烯结构的蜂窝胞格14直径方向相重合，由此导致在受冲击时，无论外部冲击载荷方向如何变化，单个类似足球烯结构的蜂窝胞格14坍缩方向与冲击方向始终保持一致。通过将冲击能转化为蜂窝胞格14上十二个五边形桁架141、二十个六边形桁架142的变形能，达到缓冲吸能的目的。
在上述设计的基础上，所设计的蜂窝填充结构可应用于飞行器、汽车以及各类有缓冲吸能要求的装置外壳上。
在上述设计方案的基础上，所述外部吸能盒与蜂窝填充结构之间采用焊接、胶水粘连或过渡配合安装的方式进行连接或固定。
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构，其特征在于：包括吸能盒和蜂窝填充结构，所述的蜂窝填充结构安装于吸能盒内部；
吸能盒包括侧板(11)、上盖板(12)和下盖板(13)，上盖板(12)和下盖板(13)盖合在侧板(11)上下两端；
蜂窝填充结构为多个单个类似足球烯结构的蜂窝胞格(14)沿X轴、Y轴和Z轴贴合阵列变换构成，在阵列过程中，相邻两个类似足球烯结构的蜂窝胞格(14)相交棱完全重合；
蜂窝胞格(14)由十二个五边形桁架(141)和二十个六边形桁架(142)相连接后仿照足球烯结构做类球多面体阵列得到；
蜂窝填充结构外部上下端面的五边形桁架(141)与吸能盒上盖板(12)和下盖板(13)以平行状态连接，蜂窝填充结构四周侧面趋近于吸能盒内壁，且蜂窝填充结构四周侧面与吸能盒内壁件设有装配间隙(15)，装配间隙(15)的长度小于单个蜂窝胞格(14)半径长度的十分之一。
2.根据权利要求1所述的一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构，其特征在于：所述的蜂窝填充结构采用弹塑性蜂窝材料Ni-Ti合金通过3D打印技术制造，吸能盒采用弹塑性金属材料铝合金通过内壁一体成型技术制造。
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