CN211417177U - 一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成，防撞梁包括管状铝合金外壳，所述外壳内部设有铝泡沫、两层点阵结构和蜂窝结构，所述蜂窝结构填充于所述两层点阵结构之间，所述两层点阵结构包括一设置在远离汽车的一侧的第一点阵结构，所述第一点阵结构包括多个相互连接的第一单胞，所述铝泡沫填充于所述两层点阵结构与所述外壳内壁之间的空隙中。本实用新型具有吸收冲击能、降低冲击峰值力和有利于实现汽车的轻量化等优点。

Description

一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成

技术领域

本实用新型涉及一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成。

背景技术

当今社会，随着经济的快速发展，汽车已经成为家庭必备的出行工具，我国汽车人均占有量日益增加，随之带来的便是交通事故的频发，给人们的生命财产安全带来巨大影响，除此之外，汽车尾气的排放以及能源的消耗也给我国的环境和能源带来巨大压力；因此，近年来人们一直致力于汽车安全领域和轻量化领域，而主动汽车安全领域已趋于完善，被动安全领域还亟待完善，包括汽车吸能盒、前后防撞梁、安全气囊以及防侧撞杆等；汽车在发生碰撞时，上述汽车被动安全装置发生塑性变形，来吸收冲击产生的能量，保护人们的生命健康安全。值得注意的是，汽车前防撞梁作为汽车发生正面碰撞的第一防护部件，其吸能效果至关重要，而传统的汽车前防撞梁只是由单纯的高强度钢梁制成，在发生汽车正面撞击时，其吸能和防护能力表现一般，并不能真正起到较好的防护效果，而且由于高强度钢密度较高，导致其整体质量也较大，所以也不能实现汽车的轻量化设计；因此，需要设计出一种既能满足前防撞梁整体强度又能在发生冲击时能够平稳、高效的吸收较多的冲击能的一种新型前防撞梁结构，而且要尽量减少其自重，降低汽车的重量，减少排放，实现轻量化；近年来，一些轻质、高强的结构或材料不断被人类所发掘，比如轻质的铝合金蜂窝以及具有较高比强度、比刚度的点阵结构，都是在吸能和轻质方面具有较高的综合性能，可以考虑采用进汽车前防撞梁结构的设计中，来得到预期的结果。因此，设计一种新型的汽车前防撞梁具有十分重要的现实意义和价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：其包括管状铝合金外壳，所述外壳内部设有铝泡沫、两层点阵结构和蜂窝结构，所述蜂窝结构填充于所述两层点阵结构之间，所述两层点阵结构包括一设置在远离汽车的一侧的第一点阵结构，所述第一点阵结构包括多个相互连接的结构为如图4所示的第一单胞，所述铝泡沫填充于所述两层点阵结构与所述外壳内壁之间的空隙中。

在另一较佳实施例中，所述蜂窝结构包括若干个横截面为第一正六边形的第一柱形通孔，所述第一柱形通孔内设有横截面为第二正六边形的第二柱形通孔；所述第二正六边形的六个角分别与所述第一正六边形的六条边的中点重合；所述第一柱形通孔的中轴处设有一空心圆柱，所述空心圆柱的侧面依次设有六个连接至所述的第二柱形通孔的六个角的金属板脚；相邻的金属板脚之间的夹角为60°，所述蜂窝结构的横截面呈如图5所示。

在另一较佳实施例中，所述蜂窝结构和所述两层点阵结构之间分别设有轻质碳纤维板。

在另一较佳实施例中，所述两层点阵结构包括一设置在靠近汽车的一侧的第二点阵结构，所述第二点阵结构包括多个相互连接的第二单胞，所述第二单胞为六个X形桁架杆构成的镂空的呈如图7所示的六面体。

在另一较佳实施例中，所述两层点阵结构均由不锈钢制成。

在另一较佳实施例中，所述蜂窝结构由铝或铝合金制成。

在另一较佳实施例中，所述外壳分别与两层点阵结构和蜂窝结构通过点焊连接在一起。

一种新型的三明治结构汽车前防撞总成，其包括防撞梁和梯度吸能盒，所述梯度吸能盒内部设有贯穿所述梯度吸能盒的多胞管，所述梯度吸能盒的横截面呈如图9所示。

在另一较佳实施例中，所述防撞梁与梯度吸能盒为刚性连接。

本实用新型的有益效果是：

1、采用铝合金外壳，刚度较低，易发生塑性变形，在发生碰撞时，通过其稳定的变形模式来初步吸收冲击能；之后铝合金外壳将大部分能量传递到内部铝泡沫材料上，铝泡沫材料密度小，多孔特性显著，吸收高冲击能效果较好，通过对其孔隙的挤压来吸收冲击能，降低冲击峰值力；之后冲击能传递到内部两层点阵结构和蜂窝结构，点阵结构具有较好的刚度和强度，使得防撞梁的耐撞击性变强，同时点阵结构的桁架杆发生坍塌和断裂变形时，可利用其多孔特性可以吸收大量的能量，与此同时，两层点阵结构之间的铝合金蜂窝结构会发生逐级折叠变形，利用折叠波吸收冲击能；采用梯度吸能盒与防撞梁配合，有利于吸收来自防撞梁不同角度的冲击能，并且盒体内部采用多胞结构，显著增强吸能盒整体刚度和吸能效果，二者相互配合，大大提高了汽车第一道防护屏障的实用性，有力的保障了汽车内部的安全与平稳。

2、蜂窝结构对传统的六边形蜂窝进行改进，有助于降低碰撞峰值力，诱导折叠波的形成，使得蜂窝结构吸能过程更加稳定，总吸能也有了大幅提高。

3、多胞梯度吸能盒，利用其梯度特性可以吸收不同方向的冲击能，折叠波数量增加，而内部多胞特性又增强了吸能盒整体的刚度，进一步提高了吸能盒稳定高效吸能。

4、第一点阵结构依靠其内部桁架杆位置，可以稳定、高效的吸收大量能量，而第二点阵结构紧凑，利用其X型桁架杆，保证防撞梁的刚度和强度，避免过多能量不稳定的传递到汽车吸能盒上，造成吸能盒局部能量集中，失去吸能目的。

5、主要采用铝合金、铝泡沫以及不锈钢等轻质材料，结构主要为多孔结构，降低了结构的相对密度，因此，在保证整体结构刚度和吸能效果的同时，总质量较低，减轻了汽车的负担，有利于实现汽车的轻量化。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的防撞梁的结构示意图；

图2是本实用新型一较佳实施例的防撞梁的剖面图；

图3是本实用新型一较佳实施例的第一点阵结构的结构示意图；

图4是本实用新型一较佳实施例的第一点阵结构的第一单胞的结构示意图；

图5是本实用新型一较佳实施例的蜂窝结构的剖面图；

图6是本实用新型一较佳实施例的第二点阵结构的结构示意图；

图7是本实用新型一较佳实施例的第二点阵结构的第二单胞的结构示意图；

图8是本实用新型一较佳实施例的梯度吸能盒的侧视图；

图9是本实用新型一较佳实施例的梯度吸能盒的剖面图。

具体实施方式

实施例，参见图1至图9所示，本实用新型的一种新型的三明治结构汽车前防撞总成，其包括防撞梁和刚性连接所述防撞梁的梯度吸能盒70，所述防撞梁包括管状铝合金外壳10，所述外壳10内部设有铝泡沫20、两层点阵结构和金属铝制成的蜂窝结构40，所述外壳10分别与两层点阵结构和蜂窝结构40通过点焊连接在一起，所述蜂窝结构40填充于所述两层点阵结构之间，所述两层点阵结构包括一设置在远离汽车的一侧的第一点阵结构30和一设置在靠近汽车的一侧的第二点阵结构50，所述第一点阵结构30包括多个相互连接的结构如图4的第一单胞31，所述第二点阵结构50包括多个相互连接的第二单胞 51，所述第二单胞51为六个X形桁架杆构成如图7所示的六面体，所述两层点阵结构采用316L不锈钢通过3D打印制成，所述铝泡沫20填充于所述两层点阵结构与所述外壳10内壁之间的空隙中，所述蜂窝结构40和所述两层点阵结构之间分别设有轻质碳纤维板60。

参见图5所示，所述蜂窝结构40包括若干个横截面为第一正六边形的第一柱形通孔，所述第一柱形通孔内设有横截面为第二正六边形的第二柱形通孔；所述第二正六边形的六个角分别与所述第一正六边形的六条边的中点重合；所述第一柱形通孔的中轴处设有一空心圆柱，所述空心圆柱的侧面依次设有六个连接至所述的第二柱形通孔的六个角的金属板脚；相邻的金属板脚之间的夹角为60°。

参见图8和图9所示，所述梯度吸能盒70包括一空心的正四棱台和多胞管71，所述多胞管71包括一设置在所述正四棱台中轴线上的底面为正方形的空心的长方体；在同一个横截面上所述四棱台的截面为第一正方形，所述长方体的截面为第二正方形，所述第二正方形的对角线分别垂直所述第二正方形的两组对边；所述长方体的每条侧棱设有两个梯形金属板脚分别用以连接所述正四棱台的两条与所述长方体的侧棱相邻的侧棱。

本实施例在两层点阵结构与铝合金外壳10之间的空隙中填充铝泡沫20材料，该类材料兼具金属和气泡特征，密度小，仅为金属铝的0.1-0.4倍，高吸收冲击能力强，隔音降噪以及抗腐蚀，可以用其作为缓冲材料，将铝合金外壳 10受到的冲击进行过滤，然后传递到内部的两层点阵结构上，避免因峰值力过大导致两层点阵结构或蜂窝结构40过早失效，失去吸能作用，而且利用其耐腐蚀特性，进一步保护内部结构不被破坏，防撞梁内部两层点阵结构和蜂窝结构40之间均有一层轻质碳纤维板60，依靠其拉伸强度高、抗冲击能力强的特点，保证各层之间能量传递的稳定性，蜂窝结构40构造原则主要由原始六边形蜂窝改进得到有助于降低碰撞峰值力，诱导折叠波的形成，使得蜂窝结构40 吸能过程更加稳定，总吸能也有了大幅提高，同时借助铝材料良好的延展性和塑性变形能力，可以保证两层点阵结构之间的能量平稳过渡，与防撞梁配合的吸能盒采用梯度设计，内部为多胞管71，依靠胞壁的协同增强管的吸能能力，梯度设计则很好地应对不同方向地冲击，尽可能地所吸收由防撞梁传来的能量，保证汽车内部的安全与稳定，总之，本实用新型设计的前防撞梁利用多孔结构以及轻质材料的组合，与梯度吸能盒70共同发挥作用，实现了稳定、高效吸能，并且利于实现汽车轻量化，可以完美担当起汽车发生碰撞时的第一道防线。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁和总成，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：其包括管状铝合金外壳，所述外壳内部设有铝泡沫、两层点阵结构和蜂窝结构，所述蜂窝结构填充于所述两层点阵结构之间，所述两层点阵结构包括一设置在远离汽车的一侧的第一点阵结构，所述第一点阵结构包括多个相互连接的结构为如图4所示的第一单胞，所述铝泡沫填充于所述两层点阵结构与所述外壳内壁之间的空隙中。

2.根据权利要求1所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：所述蜂窝结构包括若干个横截面为第一正六边形的第一柱形通孔，所述第一柱形通孔内设有横截面为第二正六边形的第二柱形通孔；所述第二正六边形的六个角分别与所述第一正六边形的六条边的中点重合；所述第一柱形通孔的中轴处设有一空心圆柱，所述空心圆柱的侧面依次设有六个连接至所述的第二柱形通孔的六个角的金属板脚；相邻的金属板脚之间的夹角为60°，所述蜂窝结构的横截面呈如图5所示。

3.根据权利要求1所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：所述蜂窝结构和所述两层点阵结构之间分别设有轻质碳纤维板。

4.根据权利要求1所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：所述两层点阵结构包括一设置在靠近汽车的一侧的第二点阵结构，所述第二点阵结构包括多个相互连接的第二单胞，所述第二单胞为六个X形桁架杆构成的镂空的呈如图7所示的六面体。

5.根据权利要求1所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：所述两层点阵结构均由不锈钢制成。

6.根据权利要求1所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：所述蜂窝结构由铝或铝合金制成。

7.根据权利要求1所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞梁，其特征在于：所述外壳分别与两层点阵结构和蜂窝结构通过点焊连接在一起。

8.一种新型的三明治结构汽车前防撞总成，其特征在于：其包括权利要求1-7的任意一项所述的防撞梁和梯度吸能盒，所述梯度吸能盒内部设有贯穿所述梯度吸能盒的多胞管，所述梯度吸能盒的横截面呈如图9所示。

9.根据权利要求8所述的一种新型的三明治结构汽车前防撞总成，其特征在于：所述防撞梁与梯度吸能盒为刚性连接。

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