CN114435480A - 用于吸收冲击的多级变形加强结构 - Google Patents

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CN114435480A CN202210257059.3A CN202210257059A CN114435480A CN 114435480 A CN114435480 A CN 114435480A CN 202210257059 A CN202210257059 A CN 202210257059A CN 114435480 A CN114435480 A CN 114435480A
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李立文
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Zephyros Inc
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Abstract

一种用于交通工具的结构加强件，其包括：a)具有底壁的承载件，多个突出部从所述底壁延伸，所述多个突出部包括至少一个第一突出部和至少一个第二突出部并且所述至少一个第一突出部的高度大于所述至少一个第二突出部的高度；b)可热活化且附着到所述承载件的可活化材料，其将所述承载件固定在所述交通工具的腔体中；其中在发生冲击时，所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部响应于冲击负荷而朝着所述底壁和/或在所述冲击负荷的方向上变形；并且所述至少一个第一突出部在所述至少一个第二突出部接收所述冲击负荷并变形之前接收所述冲击负荷并变形。

Description

用于吸收冲击的多级变形加强结构
本申请是根据于2017年7月21日提交的申请号为201780055996.8、发明名称为“用于吸收冲击的多级变形加强结构”的发明专利申请做出的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及制品的结构加强、密封和/或止挡，更具体地讲，涉及一种汽车结构加强件，该结构加强件在发生冲击后以多级变形吸收和分散冲击负荷。
背景技术
在汽车行业中，一直都存在这样一种需求：在改善应对撞击或其它冲击的交通工具性能的同时保持或改善与之存在竞争关系的要求，如交通工具重量和燃油效率。已经解决的一个具体方面是对前、后和/或侧车身板和支柱的碰撞冲击，以及防止汽车车身板和支柱变形而挤压到乘员厢。虽然标准的更重的金属加强件能提供有效的结构加强，但它们会导致交通工具重量增大、燃油效率降低。因此，汽车中需要能使汽车满足碰撞冲击要求以及不断提高且日趋严格的燃油效率要求的结构加强件。
在持续致力于降低重量并提高交通工具在碰撞冲击期间的结构加强的情况下，以使冲击负荷被吸收和分散的方式来分散冲击负荷是很有吸引力的。通过使结构加强件、车身板和/或支柱以受控的方式逐渐塌陷来分散冲击负荷是有吸引力的。
发明内容
本发明涉及一种用于交通工具的结构加强件，该结构加强件包括：a)具有底壁和从所述底壁延伸的多个突出部的承载件，所述多个突出部包括至少一个第一突出部和至少一个第二突出部并且所述至少一个第一突出部的高度大于所述至少一个第二突出部的高度；b)可热活化的且附着到所述承载件的可活化材料，其中所述可活化材料将所述承载件固定在所述交通工具的腔体中；其中在发生冲击时，所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部响应于冲击负荷而朝着所述底壁和/或在所述冲击负荷的方向上变形；并且所述至少一个第一突出部在所述至少一个第二突出部接收所述冲击负荷并变形之前接收所述冲击负荷并变形。
本发明的结构加强件可包括以下特征中的一种或多种：所述承载件包括被所述底壁分隔的第一部分和第二部分；所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部为所述第一部分的组成部分；所述第二部分包括在与所述第一部分的所述多个突出部相反的方向上从所述底壁延伸的至少一个第一突出部；所述承载件为模塑聚合承载件；所述模塑聚合承载件包括由与所述模塑聚合承载件不同的材料制成的至少一个插件；所述插件的材料的屈服强度大于所述模塑聚合承载件的屈服强度；屈服强度可根据ASTM D695和/或ASTMD790来测量；所述承载件可为单一模塑整块化结构；所述承载件的至少一部分包括一个局部纤维加强件；所述局部纤维加强件可以是织造的、非织造的、或者两者兼有；所述可活化材料可在汽车涂装作业(即，油漆烘箱)中热活化；所述可活化材料为结构泡沫、声学泡沫、密封剂、或它们的组合；所述可活化材料可在活化后膨胀；所述可活化材料基于聚烯烃、环氧树脂、或它们的任意组合；所述可活化材料为热塑性材料和/或热固性材料；所述承载件的至少一部分和/或所述底壁的材料为聚酰胺、聚砜、或者两者兼有；至少一个第一突出部为具有类似高度的第一组多个突出部的组成部分；至少一个第二突出部为具有类似高度的第二组多个突出部的组成部分；所述至少一个第一突出部和/或所述至少一个第二突出部的高度为从所述底壁到所述第一突出部的相对端之间的距离；第一组所述多个突出部和第二组所述多个突出部在所述底壁上相对于彼此交替(即，第一突出部后面是第二突出部，再后面是第一突出部)；所述多个突出部包括一对彼此相对且间隔开的侧壁；所述多个突出部包括一对彼此相对且间隔开的端壁；一对端壁可邻接一对侧壁以限定大体上连续的外围壁结构；所述承载件包括至少一个桥接壁，所述桥接壁可桥接一对侧壁、一对端壁、或者同时桥接一对侧壁和一对端壁；所述多个突出部包括所述至少一个桥接壁；所述第一组突出部中的至少一个、所述第二组突出部中的至少一个、或者所述第一组突出部中的至少一个和所述第二组突出部中的至少一个形成至少一个所述桥接壁；所述一对侧壁、所述一对端壁、所述至少一个桥接壁彼此具有相同或不同的高度；至少一个所述桥接壁的高度小于所述一对侧壁的高度、小于所述一对端壁的高度、或者同时小于所述一对侧壁和所述一对端壁的高度；所述多个突出部包括至少一对交叉突出部；至少一个第一突出部可与至少一个第二突出部交叉；所述第一组突出部中的至少一个与所述第二组突出部中的至少一个交叉；所述至少一对交叉突出部的各个突出部彼此具有不同或相同的高度；所述多个突出部中的一些突出部可形成从所述底壁延伸的一个或多个蜂窝状结构，蜂窝状结构具有两个或更多个壁、三个或更多个壁、四个或更多个壁、五个或更多个壁、或它们的任意组合；所述多个突出部包括一个或多个筋条、支柱、凸片、延伸部等、或它们的任意组合；所述第二组突出部相较于所述第一组突出部凹陷；所述第二组突出部大体上彼此平行；所述第二组突出部与所述第一组突出部中的至少一些突出部大体上成一定角度，或与所述第一组突出部中的至少一些突出部大体上平行，或者两者兼有；所述至少一个第一突出部和/或所述至少一个第二突出部响应于冲击负荷的变形为塑性变形；所述冲击负荷为源自交通工具碰撞或撞击的力；所述冲击负荷源自对交通工具的侧部、前部或后部冲击；所述至少一个第一突出部具有与所述至少一个第二突出部相同的厚度；所述第一组突出部具有与所述第二组突出部相同的厚度；所述第一突出部和/或所述第二突出部的变形包括所述第一突出部和/或所述第二突出部的屈曲；所述承载件包括向外放置在所述交通工具的第一腔体中的第一部分；所述第一腔体靠近交通工具的外板；所述承载件包括第二部分，该第二部分向内放置在所述交通工具的第一腔体中和/或向内放置在所述交通工具的邻接所述第一腔体且向内放置在所述交通工具的第二腔体中；所述交通工具的第一腔体和所述交通工具的第二腔体可由一个壁分隔；该壁包括一个开口，所述承载件部分地插入到该开口中；所述承载件占所述开口总截面积的比例少于80％；并且所述可活化材料可被热活化。
本发明涉及一种用于在交通工具受到冲击时吸收能量的方法，该方法包括响应于冲击负荷以分级塌陷的方式使承载件塌陷的步骤。
用于吸收能量的该方法可包括以下特征中的一种或任意组合的多种：使承载件塌陷可包括使承载件的第一部分在承载件的第二部分之前塌陷；至少一个第一突出部可响应于冲击负荷在至少一个第二突出部之前塑性变形；以及至少一个第二突出部可在至少一个第一突出部变形至特定高度或达到其它预定条件之后接收冲击负荷的一部分。
本发明涉及一种用于制作结构加强件的方法，该方法包括：a)执行有限元分析以模拟冲击负荷；b)基于有限元分析的结果，生成承载件的设计；c)根据设计将承载件注塑成型；以及d)将可活化材料定位到承载件的外表面上。
本发明进一步涉及一种将结构加强件安装到腔体中的方法，该方法包括：a)将结构加强件设置到腔体中或者将结构加强件附着到腔体的壁；以及b)使可活化材料活化，从而使得可活化材料粘附到腔体的表面。
所述结构加强件提供了一种具有多个突出部的承载件，所述多个突出部彼此配合以吸收和分散冲击负荷。所述多个突出部使得承载件能够多级变形，进而使结构加强件逐渐塌陷。
附图说明
图1示出了根据本发明的结构加强件。
图2示出了根据本发明的结构加强件的承载件的第一部分。
图3示出了根据本发明的结构加强件的承载件的第二部分。
图4a示出了根据本发明的承载件的第一部分的平面图。
图4b示出了根据本发明的承载件的第一部分的平面图。
图5a示出了根据本发明的承载件的横截面图。
图5b示出了根据本发明的承载件的横截面图。
图6a示出了根据本发明的承载件的横截面图。
图6b示出了根据本发明的承载件的横截面图。
图6c示出了根据本发明的承载件的横截面图。
图6d示出了根据本发明的承载件的横截面图。
图7示出了根据本发明的结构加强件。
图8示出了根据本发明的使承载件的第一部分变形的冲击负荷。
图9示出了根据本发明的使承载件的第一和第二部分变形的冲击负荷。
图10示出了根据本发明的接收指向底壁的冲击负荷的承载件。
图11示出了根据本发明的承载件的第一部分的因冲击负荷而变形的第一多个突出部。
图12示出了根据本发明的承载件的第一部分的因冲击负荷而变形的第一和第二多个突出部。
图13示出了根据本发明的从承载件的第一部分传递到第二部分并且使第二部分的多个突出部变形的冲击负荷。
图14示出了根据本发明的结构加强件的平面图。
图15示出了根据本发明的组装到板件的结构加强件的透视图。
图16示出了根据本发明的组装到板件的结构加强件的平面图。
具体实施方式
本发明通过本文所述的改进装置和方法来满足以上的一种或多种需求。本文所提供的说明和示意图意在让本领域的技术人员熟悉本发明及其原理和实际应用。本领域技术人员可按照最适合具体用途的要求以多种形式适用并应用本发明。因此，所阐述的本发明的具体实施方案不意在穷尽或限制本发明。故而，本发明的范围不应参考上述描述来确定，而应参考所附之权利要求以及这些权利要求对其享有权利的等同物的完整范围来确定。所有文章和参考文献(包括专利申请和公开)的公开内容出于所有目的以引用方式并入本文。如所附权利要求所涵盖，也可以采用其它组合，兹亦将这些组合以引用方式并入本文。
本发明涉及一种结构加强件。该结构加强件包括承载件。承载件包括底壁以及从底壁延伸的多个突出部。所述多个突出部包括至少一个第一突出部和至少一个第二突出部。所述多个突出部从底壁延伸到不同的高度处，从而限定多个变形级。该结构加强件包括可活化材料，该可活化材料将承载件固定在交通工具的腔体中。该结构加强件尤其在发生冲击(如碰撞或撞击)时吸收和/或分散冲击负荷。为在发生冲击时并且响应于冲击负荷，所述至少一个第一突出部和所述至少一个第二突出部朝着底壁和/或在冲击负荷的方向上变形。所述至少一个第一突出部在所述至少一个第二突出部接收冲击负荷并变形之前接收冲击负荷并变形。通过在至少一个第二突出部变形之前使至少一个突出部变形，冲击负荷的能量能够被分级吸收并被分散，从而减少从交通工具外部传递到交通工具内部的冲击负荷。
所述加强结构可尤其在交通工具的腔体内提供密封、止挡或加强功能。设想的是，可将加强结构应用(例如，组装)于各种制造品，如船、火车、建筑物、住宅、家具等。但发现所述加强结构尤其适合应用于汽车。术语“交通工具”可用于描述任何用于运输的交通工具，包括船、火车、汽车、飞机、摩托车等。
所述加强结构可尤其吸收与冲击负荷相关的冲击。冲击负荷可被理解为一种因对车辆表面的冲击(如在撞击期间)而产生的力。冲击负荷可为侧部冲击(乘员或驾驶员一侧)、后部冲击或前部冲击。加强结构可用于加强车身板、车身柱或防撞梁中的腔体。例如，加强结构可设置在B柱、车门板、后围侧板、前围板中的至少一个的腔体内。加强结构可吸收和分散冲击，从而使得所述冲击负荷的至少一部分不被传递到乘员厢中。
该结构加强件包括承载件。承载件的功能可为下列各项中的任意一项或多项：将结构加强件附着到表面、吸收和/或分散来自冲击负荷的能量、提供由可活化材料制成的表面、包括多个突出部。承载件可符合下列描述中的任意一项或多项：具有任意尺寸、形状和/或配置来将结构加强件附着到表面；吸收和/或分散来自冲击负荷的能量；提供由可活化材料制成的表面；包括多个突出部。承载件的特征部分(如底壁和/或一个或多个突出部)可由单种材料一体地模塑或形成。承载件可为整块化结构或可由多个块件构成。承载件可包括可活化材料，该可活化材料可仅定位到承载件的选定部分上。承载件可包括彼此相邻的一个或多个部分。承载件可包括多个突出部。承载件可包括一个或多个蜂窝状结构。承载件可包括一个或多个壁。所述一个或多个壁可由所述多个突出部中的一些或全部突出部形成。承载件可包括位于承载件的部分之间或接合承载件的部分的底壁。根据本发明制作的承载件可具有壁(即，底壁、多个突出部)，该壁具有第一表面和大体上相对的第二表面。该壁可具有在约0.2mm至约6mm(例如，约1.5mm至约4mm)范围内的厚度。
承载件可由一种或多种材料制成。所述一种或多种材料可为满足下列要求中的任意一项或多项的任何材料：允许承载件吸收和/或分散来自冲击负荷的能量；能够产生因冲击负荷所致的塑性变形；将冲击负荷从第一部分传递到第二部分；允许承载件为整块化结构。承载件的合适材料可包括(例如但不限于)：聚合材料，如尼龙、聚酰胺、聚砜、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、模塑料等，这些材料可添加或不添加填料(例如，添加玻璃或Kevlar增强纤维)；模塑、挤出或以其它方式成形的金属(如铝、镁、钢和钛、由所述金属组成的合金、甚至金属泡沫)。承载件可由热固性或热塑性聚合物形成。承载件可包括复合材料、织造材料、非织造材料、或它们的组合。承载件可包括由与承载件不同的材料制成的至少一个插件。例如，如果承载件为模塑聚合承载件，则插件可由不同的材料制成。插件可具有比模塑聚合承载件大的屈服强度。屈服强度可根据ASTM D695和/或ASTM D790来测量。承载件的至少一部分可包括局部纤维加强件。局部纤维加强件可以是织造的、非织造的、或者两者兼有。承载件还可由诸如片状模塑料(SMC)、块状模塑料(BMC)、厚片模塑料(TMC)等的模塑料制成。承载件的组成和制备在美国专利7,313,865、7,503,620和美国专利申请2015/016737中进行了讨论，这些美国专利和专利申请在此以引用方式并入本文。
承载件包括至少一个部分。所述至少一个部分的功能可为下列各项的任意一项或多项：接收冲击负荷、吸收和/或分散来自冲击负荷的能量、将冲击负荷传递到另一个部分、减小另一个部分的变形、包括多个突出部、分级变形或塌陷、位于腔体壁的开口内。所述至少一个部分可符合下列描述中的任意一项或多项：具有任意尺寸、形状和/或配置来接收冲击负荷、吸收和/或分散来自冲击负荷的能量、将冲击负荷传递到另一个部分、减小另一个部分的变形、包括多个突出部、分级变形或塌陷。承载件可包括单个部分或多个部分。一个或多个部分可与一个或多个其它部分相邻。例如，承载件可包括与第二部分相邻的第一部分。至少一个部分可设置于与另一个部分相同的腔体或相邻的腔体内。至少一个部分可在另一个部分之前接收冲击负荷。一个部分可在将部分冲击负荷传递到另一个部分之前吸收所述冲击负荷的至少部分能量。一个部分可包括多个突出部以吸收至少一部分冲击负荷。至少一个部分可通过至少一个底壁连接到另一个部分。至少一个部分可延伸、突出或邻接另一个部分。一个部分可具有比另一个部分小的横截面。较小的部分可与腔体的壁配合。较小的部分可延伸穿过腔体的壁。例如，第一部分在插入腔体中时可通过位于壁的一侧上的开口插入，并且第二部分可位于所述壁的相对侧上。通过所述开口插入一部分承载件可见于美国专利6,607,238，该专利在此以引用方式并入本文。
承载件包括至少一个底壁。底壁的功能可为下列各项中的任意一项或多项：支撑多个突出部、接合承载件的一个或多个部分、吸收和/或分散来自冲击负荷的能量、将冲击负荷从一个部分传递到另一个部分。底壁可符合下列描述中的任意一项或多项：具有任意尺寸和/或形状来支撑多个突出部、接合承载件的一个或多个部分、吸收和/或分散来自冲击负荷的能量、将冲击负荷从一个部分传递到另一个部分。所述壁可为大体上平面或非平面的。底壁可与所述多个突出部中的至少一些成为一体。底壁可具有大体上均匀的厚度。底壁的厚度可与所述多个突出部中的一个或多个突出部的厚度相同或不同。底壁的横截面积可小于、等于或大于承载件的全部或一部分的横截面积。例如，底壁的横截面积可大体上等于承载件的一部分的横截面积、小于承载件的一部分的横截面积、或者两者兼有。底壁可与多个突出部交叉。例如，底壁可与在相反方向上延伸的多个突出部交叉。
所述结构加强件包括多个突出部。所述多个突出部的功能可为下列各项中的任意一项或多项：接收冲击负荷并因该冲击负荷而变形、共同配合以在不同的时间接收和变形、塑性变形、吸收来自冲击负荷的能量、分散冲击负荷、为面朝外的壁提供加强、提供多级变形。所述多个突出部可符合下列描述中的任意一项或多项：具有任意尺寸、形状和/或配置来接收冲击负荷并因该冲击负荷而变形、共同配合以在不同的时间接收和变形、塑性变形、吸收来自冲击负荷的能量、分散冲击负荷、增强面朝外的壁、提供多级变形。所述多个突出部的形状可为下列各项中的任意一项或多项：筋条、支柱、凸片、延伸部、从承载件突出的其它突出部等。所述多个突出部在变形前可为平面或非平面的。所述多个突出部可具有厚度，该厚度可为从一个相对表面到另一个相对表面的距离。该厚度可为与底壁大体上正交的两个相对表面之间的距离。所述多个突出部中的一些或全部突出部可具有相同或不同的厚度。所述多个突出部可由适合承载件的材料制成。一个或多个突出部可由与一个或多个其它突出部、底壁或承载件的其它部分相同或不同的材料制成。所述多个突出部可为承载件的组成部分。所述多个突出部可从承载件的壁(诸如底壁)延伸。所述多个突出部可以与底壁成任意角度的方式延伸。所述多个突出部可以与底壁大体上正交的方式延伸。所述多个突出部可具有高度(即，从底壁到突出部的相对端测得的距离)不同的突出部。具有较大高度的至少一个突出部可在具有较小高度的至少一个突出部之前接收冲击负荷并变形(即，塑性变形)。所述多个突出部的变形可包括屈曲、塌陷、破碎、铰接点(即，突出部从底壁延伸的位置)处的挠曲等、或它们的任意组合。
所述多个突出部可具有高度和宽度。高度为从底壁到突出部的相对端的距离。宽度为从未附接到底壁的一端到未附接到底壁的相对端的距离。所述多个突出部可具有宽度比高度的纵横比。纵横比可为约1:1或更大、约2:1或更大、约3:1或更大、或甚至约4:1或更大。纵横比可为约10:1或更小、约8:1或更小、或者甚至约6:1或更小。
所述多个突出部中的至少一些可为多孔的。孔可用于允许流体流过。孔可具有任意形状和/或尺寸来允许流体流过。流体可被定义为空气、热量、电泳漆流体等、或它们的任意组合。孔还可进一步减少重量而不妨碍加强结构的性能。
此外，可在所述多个突出部中的任何突出部之间、壁内、和/或结构加强件的任何部分中提供一个或多个开口或空间。所述一个或多个开口或空间可允许流体流过。流体可从交通工具外部流到交通工具内部，并且/或者反方向流动。流体可通过腔体流入或流出交通工具。所述一个或多个开口或空间可与交通工具的腔体流体连通。所述一个或多个开口或空间可允许流体更轻松地流过其中具有结构加强件的腔体。所述一个或多个开口或空间的至少一部分可保持暴露于板件、交通工具表面、腔体壁和/或类似结构之外(即，未被它们覆盖)。所述一个或多个开口或空间的位置可为下列各项中的任意一项或多项：突出部之间、底壁内、第一部分和/或第二部分内或附近。
所述多个突出部可包括至少一对交叉突出部。交叉突出部可大体上正交地或斜交地交叉。交叉的突出部可具有与被交叉的突出部相同或不同的高度。所述多个突出部可包括大体上平行的突出部。所述至少一对交叉突出部可包括至少一个第一突出部和至少一个第二突出部。所述多个突出部可包括与其它突出部对齐、交错或相对于其它突出部偏移的突出部。所述多个突出部可形成一个或多个蜂窝状结构。蜂窝状结构可理解为具有由至少两个突出部形成的至少两个侧表面、以及由底壁形成的底表面。蜂窝状结构可为开放的或封闭的。当四个突出部在从底壁延伸的端部处彼此邻接并且形成连续壁时，可形成封闭的蜂窝状结构。当两个或三个突出部在从底壁延伸的端部处彼此邻接以形成部分连续的壁时，可形成开放的蜂窝状结构。
所述多个突出部包括至少一个第一突出部。所述至少一个第一突出部的功能可为下列各项中的任意一项或多项：在至少一个第二突出部之前接收冲击负荷并因该冲击负荷而变形、在传递冲击负荷的一部分之前吸收来自所述冲击负荷的能量、增强面朝外的壁、提供第一级变形。所述至少一个第一突出部可为第一组突出部的组成部分。第一组突出部可包括所述至少一个第一突出部中的多个突出部。所述至少一个第一突出部可为具有类似高度的第一组多个突出部的组成部分。所述至少一个第一突出部可与第二突出部和/或另一个第一突出部交叉。所述至少一个第一突出部可具有与第二突出部相同的高度或比第二突出部大的高度。具有较大高度的所述至少一个第一突出部可允许第一突出部在第二突出部之前接收冲击负荷。具有较大高度的所述至少一个第一突出部可允许第一突出部在第二突出部之前开始因冲击负荷而变形、吸收部分所述冲击负荷。具有较大高度的所述至少一个第一突出部可允许所述多个突出部以分级的方式变形，从而使得第一突出部在第二突出部之前变形并限定第一级变形。可以理解成，与通过不同高度来引起初始吸收和多级偏转相反，所述至少一个第一突出部可具有与所述至少一个第二突出部不同的材料特性(即，弹性、减震性等)。所述至少一个第一突出部和/或第一组突出部可与至少一个第二突出部和/或第二组突出部交替。
所述多个突出部包括至少一个第二突出部。所述至少一个第二突出部的功能可为下列各项中的任意一项或多项：在至少一个第一突出部之后接收冲击负荷并因该冲击负荷而变形、在传递所述冲击负荷的一部分之前吸收来自冲击负荷的能量、增强面朝外的壁、提供第二级变形。所述至少一个第二突出部可为第二组突出部的组成部分。第二组突出部可包括所述至少一个第二突出部中的多个突出部。所述至少一个第二突出部可为具有类似高度的第二组多个突出部的组成部分。所述至少一个第二突出部可与第一突出部和/或另一个第二突出部交叉。所述至少一个第二突出部和/或第二组突出部可彼此大体上平行并且不与另一个第二突出部交叉。所述至少一个第二突出部可具有与第一突出部相同的高度或比第一突出部小的高度。具有较小高度的所述至少一个第二突出部可允许第二突出部在第一突出部之后接收冲击负荷并限定第二级变形。所述至少一个第二突出部可相较于至少一个第一突出部凹陷。凹陷可被定义为所述至少一个第二突出部的暴露端比所述至少一个第一突出部的暴露端更靠近底壁。所述至少一个第二突出部的高度可为所述至少一个第一突出部的高度的至少约25％、所述至少一个第一突出部的高度的至少约30％、所述至少一个第一突出部的高度的至少约50％、或者甚至所述至少一个第一突出部的高度的至少约80％。所述至少一个第二突出部的高度可等于第一突出部的高度、为所述至少一个第一突出部的高度的约95％或更少、或者甚至为所述至少一个第一突出部的高度的约80％或更少。
所述多个突出部可形成一个或多个壁。所述一个或多个壁可共同配合以吸收和分散来自冲击负荷的能量、将至少部分冲击负荷传递到一个或多个其它壁、在将部分冲击负荷传递到承载件的一个不同部分之前吸收特定量的冲击负荷、或上述情形的任意组合。所述一个或多个壁可由至少一个第一突出部、第一组突出部、至少一个第二突出部、第二组突出部、或它们的任意组合来形成。所述一个或多个壁可形成单个蜂窝或多个蜂窝。多个突出部可形成一对侧壁、一对端壁、桥接壁、或它们的任意组合。多个突出部可形成一对侧壁。侧壁可彼此相对且间隔开。多个突出部可形成一对端壁。端壁可彼此相对且间隔开。端壁可与侧壁大体上正交或斜交。所述一对端壁可邻接所述一对侧壁。所述一对端壁和所述一对侧壁可限定外围壁结构。外围壁结构可为连续的或不连续的。外围壁可包括一个或多个圆角。所述一个或多个圆角可允许结构加强件轻松穿过腔体插入。例如，圆角可防止组装期间有尖锐的拐角影响腔体的一个或多个边缘。所述一个或多个圆角可设置于承载件上的任何位置，如第一部分和/或第二部分。所述一个或多个圆角可形成在一个或多个端壁与一个或多个侧壁相接的位置。所述多个突出部可形成至少一个桥接壁。桥接壁可桥接一对侧壁和/或一对端壁。所述一对侧壁、一对端壁、一个或多个桥接壁可彼此具有相同或不同的高度。桥接壁的高度可小于或等于一对侧壁和/或一对端壁的高度。
结构加强件包括可活化材料。可活化材料可用于将结构加强件粘附到表面，如腔体的壁。可活化材料可用于提供密封、声音消减和/或结构加强。可活化材料可设置于承载件上的任何位置并且可为可将结构加强件粘附到表面的任何合适的材料；提供密封、声音消减和/或结构加强。可活化材料可设置于承载件的任何部分上。可活化材料可设置于第一部分和/或第二部分上。可活化材料可围绕承载件的一部分。例如，可活化材料可围绕承载件的第一部分的截面设置。可活化材料能够因外部刺激而活化从而膨胀(例如，至少部分地填充间隙或腔体)并且还能够固化以与制品的至少一个表面粘结。最终的活化后材料可用于令结构具有刚性或使其增强(即，它可以是所谓的结构泡沫；结构泡沫的示例包括但不限于可从L&L Products,Inc.获得的名称为L5204、L5207、L5214、L5234、L5235、L5236、L5239、L5244、L5505、L5510、L5520、L5540、L5800、L5810和L8514的结构泡沫。)。最终的活化后材料可用于密封和/或降噪。最终的活化后材料可膨胀至其原始体积的至少约50％、100％、200％、400％、600％、或者甚至1000％。最终的活化后材料可从其原始体积膨胀，但膨胀量低于其原始体积的约2500％、约2000％、或者甚至约1500％。
可用于可活化材料的合适材料包括可膨胀材料和不膨胀的材料。然而，设想的是，可活化材料可被活化以形成泡沫。例如，材料可被活化以形成结构泡沫(例如，材料可包含环氧成分)。材料可被活化以形成声学泡沫。材料可被活化以流动从而密封腔体内的区域。材料可包含可活化膨胀的材料与不可活化膨胀的材料的组合。
可活化材料可为环氧基材料，如美国专利5,884,960、6,348,513、6,368,438、6,811,864、7,125,461、7,249,415以及美国专利公开号2004/0076831和2008/0029200中所公开的那些，这些专利兹以引用方式并入本文。可活化材料可为一种触摸起来是干燥的或者发粘的树脂，并且可被成形为具有任何形态的所需图案、位置或厚度。可活化材料可为膨胀率相对较高的泡沫，该泡沫具有包含下列各项中的一者或多者的聚合制剂：环氧树脂、醋酸酯(如乙烯醋酸乙烯酯)、热塑性聚醚、丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯(例如，丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯的共聚物)、环氧/人造橡胶加合物、以及一种或多种填料(例如，黏土填料和/或含纳米颗粒的填料)。示例性热膨胀材料在美国专利7,313,865、7,125,461和7,199,165中已公开，所述美国专利出于以引用方式并入本文。例如但不限于，可活化材料还可为基于EVA/橡胶的材料，包括可含有α烯烃的乙烯共聚物或三元共聚物。作为共聚物或三元共聚物，聚合物由两种或三种不同的单体(即，具有高化学反应性的能够联接类似分子的小分子)组成。合适的可活化材料包括可从L&L Products,Inc.获得的名称为L7220、L2821、L1066、L205、L2010、L2105、L2108A、L2806、L2811、L4200、L4141、L4161、L4315、L5510、L5520、L5540、L5600、L5601、L7102和L7104的可活化材料。
可活化材料可由其它材料形成，但前提是，所选择的材料是热活化的或者被环境条件(例如，湿度、压力、时间等)所活化，并且在适当条件下固化以用于所选择的应用。一种此类材料是美国专利6,131,897中公开的环氧基树脂，该专利以引用方式并入本文。一些其它可能的材料包括但不限于：具有至少一种单体类型的聚烯烃材料、共聚物和三元共聚物；α烯烃；苯酚/甲醛材料；苯氧基材料；以及具有高玻璃转化温度的聚氨酯材料。也可以使用其它材料，如美国专利5,766,719、5,755,486、5,575,526和5,932,680中公开的那些，所述美国专利以引用方式并入本文。
举例来说，可在涂装交通工具(例如，汽车)之前将所述结构加强件设置于交通工具的腔体内。可活化材料可在油漆车间烘烤作业期间受热时被活化。当可活化材料是热活化的热膨胀材料时，选择和配制包含可活化材料的材料时需要重点考虑的是在什么温度下会发生材料反应或膨胀以及可能的固化。例如，在大多数应用中，在室温下或者在生产线的环境温度下具有反应活性的材料是不可取的。更通常地讲，在更高的温度下或者施加较高的能量(例如，在油漆或电泳漆固化或烘烤步骤期间)将可活化材料与汽车部件一起加工处理时，该材料在较高的处理温度(如在汽车组装厂中可以见到的温度)下变得具有反应活性。虽然汽车组装作业中的温度可能在约140℃至约220℃(例如，约148.89℃至约204.44℃(约300℉至约400℉))的范围内，但车身和油漆车间通常为约93.33℃(约200℉)或略高。在可活化材料活化之后，材料通常将固化。因此，可活化材料可能会被加热，然后膨胀，并且随后固化以形成最终的泡沫状材料。
结构加强件可包括一个或多个紧固件。所述一个或多个紧固件可用于将结构加强件附着到表面，如腔体的一个或多个壁。所述一个或多个紧固件可具有任意尺寸、形状或配置来将结构加强件附着到表面。结构加强件可包括单个紧固件或多个紧固件。所述一个或多个紧固件可与承载件形成为一体，或者也可与承载件分开形成。结构加强件可包括一个或多个紧固件，所述一个或多个紧固件被定位成使得它们对应于形成在壁中的开口。结构加强件可包括与腔体的一个或多个边缘配合的一个或多个紧固件。所述一个或多个紧固件可包括螺纹紧固件、用于接收紧固件的开口、枞树紧固件、箭头式紧固件、推针式紧固件、夹头式紧固件、钩状紧固件、摩擦配合式紧固件等、或它们的任意组合。所述一个或多个紧固件可设置于表面(如腔体壁)的开口中和/或穿过该开口，以附着结构加强件。所述一个或多个紧固件可接收表面，如从腔体壁突出或延伸的突出部或延伸部，以附着结构加强件。
本发明可涉及一种用于在交通工具受到冲击时吸收能量的方法。该方法可包括响应于冲击负荷以分级塌陷方式使承载件塌陷。使承载件塌陷可包括承载件的第一部分在承载件的第二部分之前塌陷。第一部分可朝第二部分塌陷。第一部分可防止或最大程度减小第二部分的塌陷。在塌陷期间，至少一个第一突出部可响应于冲击负荷在至少一个第二突出部之前塑性变形。所述至少一个第二突出部可在所述至少一个第一突出部变形至特定高度或达到其它预定条件之后接收所述冲击负荷的一部分。
在吸收能量的同时，承载件可包括用于限定多级变形的多个变形级。变形级可用于吸收部分所述冲击负荷并仅将冲击负荷的一部分传递到随后一级。每个变形级可包括至少一个突出部变形直至随后的至少一个突出部开始塌陷。例如，第一级变形可被定义为至少一个第一突出部在接收冲击负荷后在所述至少一个第二突出部开始变形之前变形。例如，第二级变形可被定义为至少一个第二突出部在接收冲击负荷后变形以及/或者至少一个第一突出部在接收冲击负荷后继续变形。承载件的一部分的变形级数量可由具有不同高度的不同突出部的数量限定(即，两种不同的突出部高度产生两个变形级)。例如，如果至少一个第三突出部从承载件延伸并具有比所述至少一个第二突出部低的高度，则可限定第三变形级，以此类推。
本发明涉及一种用于制作本发明的结构加强件的方法，该结构加强件能够具有响应于冲击负荷的分级塌陷。该方法可包括执行有限元分析以模拟冲击负荷。有限元分析可识别承载件的哪些部分提供最大强度、哪些部分将先塌陷、承载件的哪个部分可防止或减小承载件另一个部分的变形，确定必须要多大的增强(突出部的数量)来达到特定的碰撞目标等，或它们的任意组合。该方法可包括基于有限元分析的结果生成承载件和/或加强结构的设计。该设计可包括突出部的数量，突出部相对于彼此的位置，突出部的高度、宽度和长度，承载件的合适材料等，或它们的任意组合。该方法可包括根据所述设计将承载件注塑成型。该方法可包括将可活化材料设置于承载件的外表面上。在制作了结构加强件之后，可将其安装到腔体中，如交通工具的腔体。
本发明涉及一种安装根据本发明的结构加强件的方法。安装可包括将结构加强件设置到腔体中或将结构加强件附着到腔体的壁。安装可包括活化可活化材料，从而使得可活化材料粘附到腔体的表面。
实施例
下面的附图描述旨在举例说明本文的本发明，而不意在限制其范围。任一个实施方案的附图都可用在另一个实施方案中。
图1示出了结构加强件10。该结构加强件包括承载件11。承载件11包括第一部分12和第二部分14。承载件11包括设置于其上的可活化材料16。可活化材料16向外膨胀以接触并粘附到交通工具腔体(未示出)的一个或多个壁。结构加强件10可包括一个或多个通道或开口18(如图3所示)，所述通道或开口用作供一个或多个汽车部件(即，电缆、接线、排放管)穿过的穿通部。结构加强件10可包括一个或多个紧固件(未示出)以用于将结构加强件10附接到腔体的一个或多个壁。第一部分12小于第二部分14。第一部分12和第二部分14可位于同一个腔体(未示出)中或者可位于邻接的两个独立腔体中。例如，第一部分12可向外放置在第一腔体(未示出)中，并且第一腔体可靠近汽车的外板。第二部分14可向内放置在同一第一腔体中或者汽车的第二腔体中，该第二腔体邻接第一腔体且向内设置于汽车中。承载件11可包括底壁22。第一部分12可共享底壁22或通过底壁22接合到第二部分14。第一部分12可从第二部分14延伸。第一部分12可具有比第二部分14小的横截面积。
图2示出了承载件11的第一部分12。承载件11包括底壁22。多个突出部24从底壁22延伸并与第二部分14相对。所述多个突出部包括至少一个第一突出部23和至少一个第二突出部25。所述至少一个第一突出部23相较于所述至少一个第二突出部25那样从底壁22进一步延伸。或者换言之，所述至少一个第二突出部25可相较于所述至少一个第一突出部23凹陷。所述多个突出部24可包括第一组突出部36，第一组突出部36包括所述至少一个第一突出部23。第一组突出部36的高度可类似于所述至少一个第一突出部23的高度。所述多个突出部24可包括第二组突出部38，第二组突出部38包括所述至少一个第二突出部25。第二组突出部38的高度可类似于所述至少一个第二突出部25的高度。
图2进一步示出了所述多个突出部24，所述多个突出部24包括至少一对相对且间隔开的侧壁26。所述多个突出部包括至少一对相对且间隔开的端壁28。所述至少一对侧壁26和所述至少一对端壁28可彼此邻接且大体上连续。一对侧壁26和一对端壁28可限定承载件11的一个或多个蜂窝结构30。一对侧壁26和一对端壁28可限定承载件11的外围壁结构32。所述多个突出部24可包括一个或多个桥接壁34。所述一个或多个桥接壁34被示出为平行于所述一对侧壁26并接合一对或多对端壁28。
图3从后侧示出了承载件11的第二部分14，该第二部分14与承载件11的自其延伸有第一部分12的面相对。第二部分14经由从底壁22延伸的第二多个突出部40附接到第一部分12。所述第二多个突出部40在与第一部分12的所述多个突出部24相反的方向上从底壁22延伸。所述第二多个突出部40包括至少一个第一突出部42。所述第二多个突出部40可包括至少一个第二突出部44(未示出)。所述至少一个第一突出部42相较于所述至少一个第二突出部44(未示出)从底壁22进一步延伸。或者换言之，所述至少一个第二突出部44(未示出)可相较于所述至少一个第一突出部42凹陷。所述第二多个突出部40可包括第一组突出部46，第一组突出部46包括所述至少一个第一突出部42。第一组突出部46的高度可类似于所述至少一个第一突出部42的高度。所述第二多个突出部40可包括第二组突出部48(未示出)，第二组突出部48包括所述至少一个第二突出部44(未示出)。第二组突出部48的高度可类似于所述至少一个第二突出部44的高度。
图3进一步示出了所述第二多个突出部40，所述第二多个突出部40包括至少一对相对且间隔开的侧壁50。所述多个突出部包括至少一对相对且间隔开的端壁52。所述至少一对侧壁50和所述至少一对端壁52可彼此邻接且大体上连续。一对侧壁50和一对端壁52可限定承载件11的一个或多个蜂窝结构54。一对侧壁50和一对端壁52可限定承载件11的外围壁结构54。所述第二多个突出部40可包括一个或多个桥接壁56。所述一个或多个桥接壁56平行于一对或多对侧壁50并连接一对或多对端壁52。
图4a和4b示出了承载件11的第一部分12的平面图。承载件11包括第一组突出部36和第二组突出部38。第一组突出部36中的一些突出部可彼此交叉。第一组突出部36中的一些突出部可与第二组突出部38中的一些突出部交叉。第一组突出部36中的一些突出部平行于第一组突出部36中的其它突出部。第二组突出部38彼此平行。第二组突出部38可与第二组突出部38中的至少一些突出部对齐(如图4a所示)并且/或者可与第二组突出部中的至少一些突出部交错或相对于这些突出部偏移(如图4b所示)。
图5a和5b示出了沿截面A-A(图4a中所例示)截取的承载件11的横截面图。第一部分12的所述至少一个第二突出部25以与第二部分14相对的方向从底壁22延伸。所述至少一个第二突出部25跨越相对的第一突出部23之间的距离。第二部分14可仅具有由多个第一突出部42组成的第一组突出部46(如图5a所示)。第一突出部42向远离第一部分12的方向延伸。第二部分14还可具有以与第一部分12相对的方向从底壁22延伸的第二组突出部48。
图6a-6d示出了沿截面B-B(图4b中所例示)截取的承载件11的横截面图。承载件11的第一部分12包括与第二组突出部38交替的第一组突出部36(如图6a-6b所示)。第一组突出部36和/或第二组突出部38与相对的组交替之前可包括不止一个其各自的突出部(如图6c-6d所示)。所示多个突出部40可甚至包括至少一个突出部37或第三组突出部39，所述至少一个突出部37或第三组突出部39可具有比第二组38小的高度。承载件11的第二部分14可包括至少第一组突出部46。承载件的第二部分14可包括第二组突出部48(如图6b-6c所示)。
图7-13示出了结构加强件10，该结构加强件10接收诸如因交通工具撞击产生的冲击负荷100。冲击负荷100先被第一部分12接收并且大体上指向底壁22。冲击负荷100可被交通工具主体腔体的面朝外的壁102接收。冲击负荷100导致所述至少一个第一突出部23和/或第一组突出部36开始塑性变形(如图11所示)。由于所述至少一个第二突出部25和/或第二组突出部38相较于所述至少一个第一突出部和/或第一组突出部凹陷，因此它们可免于在面朝外的端部104处接收冲击负荷。冲击负荷100持续施加力，这随后导致所述至少一个第一突出部23和/或第一组突出部36变形至达到相对于底壁22的一定高度，从而使得冲击负荷被所述至少一个第二突出部25和/或第二组突出部38的面朝外的端部104接收。冲击负荷100使所述至少一个第二突出部25和/或第二组突出部38塑性变形并继续使所述至少一个第一突出部23和/或第一组突出部36塑性变形。在达到预定距离、变形或其它因素的情况下，第一部分12将所述冲击负荷的一部分传递到第二部分14。第二部分14可将冲击负荷传递到交通工具主体腔体的面朝内的壁106并且/或者可接收来自腔体的面朝内的壁106的抵抗负荷。承载件11的第二部分14，在接收来自第一部分12的冲击负荷100后，可开始塑性变形。例如，随着结构加强件持续吸收和分散冲击负荷，第二组突出部40可塑性变形。
图14示出了结构加强件10。该结构加强件包括承载件11。结构加强件10包括多个紧固件72以用于将结构加强件10附着到腔体82(未示出)中。承载件11包括第一部分12和第二部分14。承载件11的第一部分12包括圆角60。圆角60形成在侧壁26与端壁28相邻的外围壁32上。结构加强件10包括一个或多个开口62。所述一个或多个开口62形成在承载件11中并且可设置于第二部分14中。所述一个或多个开口62还可与第一部分12和/或第二部分14相邻地设置。在交通工具或板件(未示出)的组装和/或作业期间，所述一个或多个开口62允许热量和流体都流过结构加强件10。所述一个或多个开口62中的一些开口形成在第二部分14的第二多个突出部40中的一些突出部之间。
图15和16示出了组装到交通工具的板件70的结构加强件10。结构加强件10包括多个紧固件72。紧固件72包括钩状紧固件74。钩状紧固件74能够配合到板件70的紧固件开口76中并钩挂到板件70上。紧固件72包括两个卡扣配合式紧固件78。卡扣配合式紧固件78能够扣合到腔体82的边缘表面80上。板件70包括腔体82。承载件11的第一部分12穿过腔体82插入。第一部分12突出越过板件70的外表面84。卡扣配合式紧固件78从第一部分12延伸。边缘表面80可设置于卡扣配合式紧固件72与承载件11的第二部分12或另一个部分之间。第二部分14保持与板件70的外表面84相对。第一部分12具有比腔体82小的横截面积。所述一个或多个开口62与腔体82至少部分地流体连通(即，开口62保持暴露于板件70之外)以便允许流体流过腔体82和结构加强件10。
如本文所用，除非另有说明，否则本发明中的类属(列表)的任何组成都可被排除在该类属之外；并且/或者马库什(Markush)组合中的任何组成都可被排除在外。
除非另有说明，否则本文所引述的任何数值都包括介于从下限值到上限值范围内以一个单位为增量的所有值，但前提是，任何下限值与任何上限值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果表述为组分的量、属性、或过程变量(诸如温度、压力、时间等)的值为例如1至90，优选地20至80，更优选地30至70，则意味着，中间范围值(诸如15至85、22至68、43至51、30至32等)在本说明书的教导范围内。同样，个体中间值也在本发明范围内。对于小于一的值，一个单位被视情况看作是0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅是具体用途的示例，所枚举的最下限值与最上限值之间的数值的所有可能的组合都将被视为以类似方式在本申请中明确表述。如可见，在本文中被表达为“重量份数”的量的教导还设想了以重量百分数表达的相同范围。因此，“至少‘x’重量份的所得组合物”形式的范围表述还设想了“‘x’重量百分比的所得组合物”的相同引述量的范围的教导。
除非另有说明，否则所有范围都同时包括两个端点值以及端点值之间的所有数字。“约”“大约”与范围的结合使用范围的两个端值。因此，“约20至30”已在涵盖“约20至约30”，包括至少所示的端点值。
所有文章和参考文献(包括专利申请和公开)的公开内容出于所有目的以引用方式并入本文。用于描述组合的短语“基本上由……组成”应包括所明示的元件、成分、部件或步骤、以及对组合的基本和新颖特性没有实质影响的此类其它元件、成分、部件或步骤。在本文中用于描述元件、成分、部件或步骤的组合的术语“包含”或“包括”还设想由或基本上由所述元件、成分、部件或步骤组成的实施方案。
多个元件、成分、部件或步骤可由单个整合的元件、成分、部件或步骤提供。或者，单个整合的元件、成分、部件或步骤可划分成若干多个元件、成分、部件或步骤。用于描述元件、成分、部件或步骤的“一”或“一个”的公开不意在排除额外的元件、成分、部件或步骤。
应当理解，以上描述意在例示，而非限制。对于本领域的技术人员而言，在阅读以上描述后，除所提供的示例之外的许多实施方案以及许多申请将显而易见。故而，本发明的范围不应参考上述描述来确定，而应参考所附之权利要求以及这些权利要求对其享有权利的等同物的完整范围来确定。所有文章和参考文献(包括专利申请和公开)的公开内容出于所有目的以引用方式并入本文。对本文所公开之主题的任何方面的随附权利要求的省略并不是对此类主题的放弃，这也不应被视为本发明的发明人未将此类主题考虑作为所公开的发明主题的组成部分。

Claims (14)

1.一种用于交通工具的结构加强件，其包括：
a)承载件，其具有：
i)底壁，
ii)具有多个第一突出部的第一部分，所述多个第一突出部形成从所述底壁延伸的一个或多个第一蜂窝状结构，
iii)具有多个第二突出部的第二部分，所述多个第二突出部形成从所述底壁延伸的一个或多个第二蜂窝状结构，
b)附着到所述承载件并且位于所述第一部分的可活化材料，其中所述可活化材料被配置成将所述承载件固定在所述交通工具的腔体中；
其中所述多个第一突出部和所述多个第二突出部包括一个或多个筋条；
其中在发生冲击时，所述多个第一突出部和所述多个第二突出部被配置成响应于冲击负荷而朝着所述底壁变形和/或在所述冲击负荷的方向上变形；并且
其中所述多个第一突出部被配置成在所述多个第二突出部接收所述冲击负荷并变形之前接收所述冲击负荷并变形。
2.一种用于制作根据权利要求1所述的结构加强件的方法，其包括：
a)执行有限元分析以模拟所述冲击负荷；
b)基于所述有限元分析的结果，生成具有根据权利要求1的结构的承载件的设计；
c)根据所述设计将所述承载件注塑成型；以及
d)将可活化材料定位到所述承载件的外表面上。
3.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述多个第一突出部的高度大于所述多个第二突出部的高度。
4.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述承载件包括一个或多个开口，所述一个或多个开口位于所述多个第一突出部中的任意突出部和/或所述多个第二突出部中的任意突出部之间。
5.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述多个第一突出部中的至少一些突出部在与所述多个第二突出部相同的方向和/或相反的方向上从所述底壁延伸。
6.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述多个第一突出部和所述多个第二突出部全都为筋条结构。
7.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述可活化材料在活化后膨胀。
8.根据权利要求7所述的结构加强件，其中所述可活化材料膨胀到原始体积的约200％以上至所述原始体积的约2500％以下。
9.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述可活化材料围绕所述承载件的所述第二部分的至少一部分。
10.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述承载件由玻璃纤维加强。
11.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述多个第一突出部和/或所述多个第二突出部包括至少一对交叉突出部。
12.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述一个或多个第一蜂窝状结构和/或所述一个或多个第二蜂窝状结构全都为开放蜂窝状结构和/或闭合蜂窝状结构。
13.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述可活化材料是结构泡沫、声学泡沫、密封剂或其任意组合。
14.根据权利要求1所述的结构加强件，其中所述可活化材料是环氧基材料。
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