CN202764894U - 一种仿竹结构的仿生吸能管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种仿竹结构的仿生吸能管，是由筒状外管、数个约束圈、数个约束壁和数个约束梁构成，数个约束圈等间距设置在筒状外管，约束壁呈筒状，数个约束壁套在筒状外管内，筒状外管与约束壁之间以及相邻约束壁之间设置有数个约束梁，每个约束梁各以二个支撑板与相邻的二个约束壁连接，约束梁呈圆管状；所述约束梁的分布密度是：ρ=n/2πR，其中，ρ表示约束梁的密度，n表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径；本实用新型提高了吸能管轴向吸收能量的能力，即提高了吸能管的比吸能，在横向上还提高了吸能管的承载能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种吸能结构，特别涉及一种仿竹结构的仿生吸能管。
背景技术
各种车辆都需要防撞装置，现有的吸能保护装置的吸能效果不佳，比吸能比较小，比吸能是单位重量吸能结构的吸能的大小。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有吸能结构比吸能比较小的问题，而提供一种比吸能大的仿竹结构的仿生吸能管。
本实用新型根据竹子径向、轴向的宏观和微观结构，提取影响竹材能量吸收和承载的结构特征参数，宏观上得出竹节随着竹竿高度的分布规律，微观上得出纤维束沿竹青——竹肉——竹黄的梯度分布规律。根据竹子离散分布的竹节外观形态，设计仿生吸能管的宏观结构，根据竹材在径向纤维束的梯度分布和细胞壁多层结构特性，设计仿生吸能管内部的内部结构。以上结构除了提高轴向吸能外，在横向上还能够提高其承载能力。
本实用新型是由筒状外管、数个约束圈、数个约束壁和数个约束梁构成，数个约束圈等间距设置在筒状外管，约束壁呈筒状，数个约束壁套在筒状外管内，筒状外管与约束壁之间以及相邻约束壁之间设置有数个约束梁，每个约束梁各以二个支撑板与相邻的二个约束壁连接，约束梁呈圆管状。
所述约束梁的分布密度符合下述公式：
ρ=n/2πR
其中，ρ表示约束梁的密度，n表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。
本实用新型的有益效果：提高了吸能管轴向吸收能量的能力，即提高了吸能管的比吸能，在横向上还提高了吸能管的承载能力。
附图说明
图1本实用新型实施例的端面示意图。
图2本实用新型实施例的侧视图。
图3为本实用新型实施例的轴向碰撞载荷与位移曲线图。
图4为本实用新型实施例的轴向碰撞比吸能随时间变化曲线图。
图5为本实用新型实施例的仿生吸能管径向承受载荷变化图。
图6为本实用新型实施例的仿生吸能管径向承载比吸能变化图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本实用新型是由筒状外管1、数个约束圈2、数个约束壁3和数个约束梁4构成，数个约束圈2等间距设置在筒状外管1，约束壁3呈筒状，数个约束壁3套在筒状外管1内，筒状外管1与约束壁3之间以及相邻约束壁3之间设置有数个约束梁4，每个约束梁4各以二个支撑板41与相邻的二个约束壁3连接，约束梁4呈圆管状。
所述约束梁的分布密度符合下述公式：
ρ=n/2πR
其中，ρ表示约束梁的密度，n表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。
实施例：
筒状外管1的长度为300mm，筒状外管1的直径为80mm，筒状外管1的壁厚为1.5mm。
约束圈2均匀分布在筒状外管1上，约束圈2的外径为86mm，约束圈2的内径为72mm，相邻约束圈2之间的距离为120mm，约束圈2的壁厚为3mm。
所述约束梁的分布密度：ρ=n/2πR
其中，ρ表示仿生纤维束约束梁的密度，n表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。
约束梁4呈圆管状，圆管外径为3.5mm，内径 为2.5mm。
轴向约束梁4共分三层，每层约束梁4的密度在径向按梯度分布，由外层到内层密度逐渐减小，由外层到内层分别记作第一层、第二层与第三层。第一层中约束梁的个数是8个，半径为是35.75mm，约束梁的分布密度ρ=0.08；第二层中约束梁4的个数是12个，半径为是29.75mm，约束梁的分布密度ρ=0.064；第三层中约束梁4的个数是8个，半径为是23.75mm，约束梁的分布密度ρ=0.054。
筒状外管1内部的三层约束梁4厚度与约束壁3的厚度相等，均是 0.5mm，每层约束梁4的中心的间距为为11mm。
本实用新型的有限元仿真试验
管壁的材料采用LD2铝合金，具有中等强度和较高的塑性，材料的密度为ρ=2.7×10-6kg/mm3，弹性模量为E=70GPa，泊松比为μ=0.31，屈服强度为SIGY=0.25Gpa，Hypermesh中采用MATL24材料模型。质量m=600kg初速度v=10m/s的质量块与圆管及固定的刚性墙碰撞，分析计算过程中圆管管壁采用自动单面接触算法（single surface），使管壁在压缩时自身产生的变形相互接触和摩擦，被压缩的管壁之间的静摩擦系数为0.3。
当圆管压缩在有效长度范围内时，普通圆管碰撞的平均载荷为19.3，带轴向约束梁4的仿生吸能管的平均载荷为122kN，带径向约束圈2和轴向约束梁4的仿生吸能管的平均载荷为112kN；普通圆管吸收的能量为4547kJ，带轴向约束梁4的仿生吸能管吸收的能量为22819kJ，带径向约束圈2和轴向约束梁4的仿生吸能管吸收的能量为21194kJ。在碰撞过程中，仿生吸能管可以有效提高吸收的总能量。
如图3所示，为本实用新型的轴向碰撞载荷与位移曲线图。
如图4所示，为本实用新型的轴向碰撞比吸能随时间变化曲线图。
如图5所示，为本实用新型的仿生吸能管径向承受载荷变化图。
如图6所示，为本实用新型的仿生吸能管径向承载比吸能变化图。
不同吸能管轴向碰撞的吸能特性如表1所示：
表1 不同吸能管轴向碰撞的吸能特性
不同吸能管弯曲碰撞的吸能特性如表2所示：
表2 不同吸能管弯曲碰撞的吸能特性
Claims (2)
1.一种仿竹结构的仿生吸能管，其特征在于：是由筒状外管（1）、数个约束圈（2）、数个约束壁（3）和数个约束梁（4）构成，数个约束圈（2）等间距设置在筒状外管（1），约束壁（3）呈筒状，数个约束壁（3）套在筒状外管（1）内，筒状外管（1）与约束壁（3）之间以及相邻约束壁（3）之间设置有数个约束梁（4），每个约束梁（4）各以二个支撑板（41）与相邻的二个约束壁（3）连接，约束梁（4）呈圆管状。
2.根据权利要求1所述的一种仿竹结构的仿生吸能管，其特征在于：所述约束梁的分布密度符合下述公式：
ρ=n/2πR，
其中，ρ表示约束梁的密度，n表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。
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