CN212667307U - 一种反手性填充结构和汽车防撞梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种反手性填充结构和汽车防撞梁，所述反手性填充结构包括：三个反手性单元，所述反手性单元包括节圆和八个韧带，所述节圆包括均匀间隔布置的四个象限点，每两个韧带界定出一韧带组，四个韧带组沿周向均匀间隔布置在所述节圆上，韧带组中的两个韧带的第一端朝向所述节圆延伸并垂直相交，第二端与该节圆相切连接在所述节圆的其中两个象限点上，其中，三个反手性单元的节圆的圆心重合并两两垂直相交连接在所述象限点上。应用本技术方案可实现同时具有轻质、高抗压强度和良好的吸能效果，有利于提高缓冲作用的反手性填充结构和填充该反手性填充结构的汽车防撞梁。

Description

一种反手性填充结构和汽车防撞梁

技术领域

本实用新型涉及汽车配件的领域，具体是指一种反手性填充结构和汽车防撞梁。

背景技术

当今社会，客车碰撞安全性能备受关注，车架前端的防撞吸能结构-保险杠为主要的防护结构，是整车在遭遇碰撞后的第一道防线。

以往的客车防撞梁防撞吸能结构多为截面为防撞梁与吸能盒分离的结构。结构为空心的等壁厚方管或圆管组合而成。防撞吸能结构对碰撞能量的吸收靠自身溃缩变形，而此种单一的防撞吸能结构只能通过设计自身吸能筋、截面形状等来控制溃缩变形。在中高速碰撞时，吸能弱，溃缩形式不稳定，无论是对车体纵梁还是车内乘客都无法实现较好的保护，另外，无论发生何种碰撞，该防撞吸能结构都会发生部分变形，维修过程中必须进行替换，增加了维修成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种反手性填充结构和汽车防撞梁，该反手性填充结构同时具有轻质、高抗压强度和良好的吸能效果，有利于提高缓冲作用。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种反手性填充结构，包括：

三个反手性单元，所述反手性单元包括节圆和八个韧带，所述节圆包括均匀间隔布置的四个象限点，每两个韧带界定出一韧带组，四个韧带组沿周向均匀间隔布置在所述节圆上，韧带组中的两个韧带的第一端朝向所述节圆延伸并垂直相交，第二端与该节圆相切连接在所述节圆的其中两个象限点上，其中，三个反手性单元的节圆的圆心重合并两两垂直相交连接在所述象限点上。

优选的，所述反手性填充结构由空心管制成。

优选的，所述空心管是方管。

优选的，所述空心管的壁厚是0.1mm。

本实用新型还提供一种汽车防撞梁，适用于安装在汽车的前端，包括：

外壳，围绕界定出一填充空间；

还包括多个所述反手性填充结构，该反手性填充结构阵列填充在所述填充空间内，相邻两个反手性填充结构连接在所述韧带的第一端，其中，相连接的韧带共线，所述反手性填充结构的其中一个节圆与汽车的前进方向垂直。

优选的，阵列填充的所述反手性填充结构由3D打印一体成型。

优选的，所述外壳包括结构壳板，该结构壳板包括沿汽车前进方向间隔布置的前壳板和后壳板，所述后壳板包括两个间隔布置的连接板，该连接板用于连接至汽车，所述后壳板还包括连接在两个连接板之间的后壳内板，所述后壳板还包括连接在连接板和结构壳体其中一侧的后壳外板，所述前壳板呈弧形并沿着所述前进方向弯曲。

优选的，所述后壳外板呈弧形并朝向所述前壳板弯曲，其中，所述后壳外板两端的壁厚朝向后壳板的中间部位逐渐增大。

优选的，所述后壳内板包括两个弧形内板，该弧形内板朝向所述前壳板弯曲，所述弧形内板的一端连接所述连接板，另一端连接另一个所述弧形内板，其中，所述弧形内板两端的壁厚朝向所述弧形内板的中间部位逐渐增大。

优选的，所述外壳还包括包覆在所述结构壳板外的碳纤维薄壁外层，所述碳纤维薄壁外层包括四层重叠的纤维铺层方向互不相同的碳纤维增强复合材料。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

1、反手性填充结构的质量轻，抗冲击性能好

该汽车防撞梁采用该反手性填充结构进行内部填充，这使得汽车防撞梁防撞强度提高的同时整体质量大幅度的下降(比吸能提高)，这将有利于汽车的节能减排以及汽车动力性能的提高。

2、汽车防撞梁的缓冲效果好，吸能过程稳定

该汽车防撞梁的后壳外板和后壳内板为变厚弧形壳体，结构壳体外包覆有碳纤维薄壁外层。这些结构在碰撞过程中都会使得压力呈稳步耗散，尤其是在高速碰撞发生时，可以在提高总吸能量的同时，有效保障吸能的稳定性，这有利于客车内部结构的防护和乘客安全的保护。

3、汽车防撞梁吸能效果好，能量耗散快

该汽车防撞梁内部阵列填充反手性填充结构，利用阵列的反手性填充结构来进行能量的耗散，使得在碰撞过程中能量快速耗散，有利于汽车内部结构的防护和乘客安全的保护。

4、汽车防撞梁变形稳定，失效结果可控

该汽车防撞梁阵列填充的反手性填充结构整体通过3D打印制备而成，这样有利于提高防撞结构的整体力学性能，前壳板的弧形构造结合阵列的反手性填充结构有利于引导变形溃缩方向和控制防撞吸能结构的失效模式，使得汽车防撞梁的失效结果可控，这有利于汽车内部结构的防护，进而保障了乘客的安全。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中反手性填充结构的立体示意图，显示出三个反手性单元两两垂直相交在象限点；

图2为本实用新型优选实施例中反手性单元的平面示意图；

图3为本实用新型优选实施例中两个反手性单元垂直相交在象限点时的立体示意图；

图4为本实用新型优选实施例中基础单元的平面示意图；

图5为本实用新型优选实施例中汽车防撞梁的立体示意图；

图6为本实用新型优选实施例中汽车防撞梁的剖面示意图；

图7为本实用新型优选实施例中汽车防撞梁的局部剖面示意图；

图8为本实用新型优选实施例中反手性填充结构阵列排布的示意图，显示出与汽车前进方向的相对关系；

图9为本实用新型优选实施例中外壳的局部剖面示意图，显示出结构壳体和碳纤维薄壁外层。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

本实用新型中所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语，在本实用新型中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

参阅图1-4，一种反手性填充结构10，包括：三个反手性单元1，所述反手性单元1包括节圆11和八个韧带12，所述节圆11包括均匀间隔布置的四个象限点111，每两个韧带12界定出一韧带组121，四个韧带组121沿周向均匀间隔布置在所述节圆11上，韧带组121中的两个韧带12的第一端122朝向所述节圆11延伸并垂直相交，第二端123与该节圆11相切连接在所述节圆11的象限点111上，其中，三个反手性单元1的节圆11的圆心重合并两两垂直相交连接在所述象限点111上。

具体的，参阅图4，每个反手性单元1可拆分为两个基础单元13，该基础单元13包括一个节圆11和四个韧带12，该基础单元13的韧带12分别相切连接在该基础单元13的节圆11的象限点111上，该基础单元13的韧带12同时朝向逆时针或顺时针方向延伸，该基础单元13的相邻的两个韧带12的延伸方向垂直。在所述基础单元13组合成所述反手性单元1时，两个镜像对称的基础单元13的节圆11重合，并使得两个节圆11的象限点111重合，并且该基础单元13的韧带12分别垂直相交形成所述反手性单元1。

从该基础单元13的受力角度来分析，在承载过程中通过该基础单元13的韧带12受力传导至该基础单元13的节圆11上，使得节圆11具有旋转的趋势，同时会把该基础单元13的韧带12卷起形成压缩截面缩小，拉伸截面增大的负泊松比状态。因为所述反手性单元1具有两个镜像对称的基础单元13，故所述反手性单元1的节圆11分别收到逆时针和顺时针的旋转趋势，故该反手性单元1的节圆11的转动趋势相互抵消，所述反手性单元1的节圆11的受力更加稳定。另外，所述反手性单元1中，韧带12的垂直相交，使得该反手性单元1在受到垂直相交的力时，相垂直的韧带12的相交处容易产生应力集中的现象，所述节圆11在两象限点111之间的弧形段可以避免该应力集中的现象。

另外，因为所述反手性填充结构10具有三个反手性单元1且三个反手性单元1的节圆11的圆心重合并两两垂直相交连接在所述象限点111上，使得所述反手性填充结构10在受到撞击时，反手性填充结构10的三个节圆11不容易错位或变形，整体结构更加稳定，使得其承载能力和能量吸收能力较强。

在本实施例中，所述反手性单元1均采用空心管制成，更具体的，该空心管是方管，并且该空心管的壁厚是0.1mm，所述反手性填充结构10通过3D打印技术制成，所述反手性填充结构10具有轻质、高比强度、高比模量的特点，所述反手性填充结构10还具有优异的承压性能和各向同性拉胀的特点，可以在提高总吸能量的同时，有效保障吸能的稳定性。

参阅图6-9，显示出一种汽车防撞梁100，该汽车防撞梁100适用于安装在汽车的前端，所述汽车防撞梁100包括外壳20，该外壳20围绕界定出一填充空间21，所述汽车防撞梁100还包括多个所述反手性填充结构10，该反手性填充结构10阵列填充在所述填充空间21内，该阵列的反手性填充结构10通过3D打印技术一体成型，相邻两个反手性填充结构10连接在所述韧带12的第一端122，其中，相连接的韧带12共线，所述反手性填充结构10的其中一个节圆11与汽车的前进方向200垂直。

所述外壳20包括结构壳板22，该结构壳板22包括沿汽车前进方向200间隔布置的前壳板221和后壳板222，所述后壳板222包括两个间隔布置的连接板2221，该连接板2221用于连接至汽车，所述后壳板222还包括连接在两个连接板2221之间的后壳内板2222，所述后壳板222还包括连接在连接板2221和结构壳体一侧的后壳外板2223，所述结构壳板22还包括连接在所述前壳板221和后壳板222之间的侧壳板223，所述侧壳板223、前壳板221和后壳板222共同围绕界定出所述填充空间21，所述连接板2221开设有多个连接孔2224，该所述汽车防撞梁100通过螺栓等元件穿过该连接孔2224并安装至汽车上。

所述前壳板221呈弧形并朝向所述前进方向200弯曲，该前壳板221与所述反手性填充结构10结合，在所述前壳体受到撞击时，将撞击力分散至所述汽车防撞梁100的两侧，所述后壳外板2223呈弧形并朝向所述前壳板221弯曲，其中，所述后壳外板2223两端的壁厚朝向后壳板222的中间部位逐渐增大，所述后壳外板2223的厚度变化可以强化后壳外板2223的抗弯曲性能，进而提升整体结构的防撞性能。所述后壳内板2222包括两个弧形内板2225，该弧形内板2225朝向所述前壳板221弯曲，所述弧形内板2225的一端连接所述连接板2221，另一端连接另一个所述弧形内板2225，其中，所述弧形内板2225两端的壁厚朝向所述弧形内板2225的中间部位逐渐增大。所述后壳内板2222作为主要承载结构之一，这种变厚弧形结构可使冲击载荷稳步耗散，降低冲击峰值力，有效保护车载人员的安全。所述外壳20还包括包覆在所述结构壳板22外的碳纤维薄壁外层23，所述碳纤维薄壁外层23包括四层重叠的纤维铺层方向互不相同的碳纤维增强复合材料，其碳纤维增强复合材料具备的轻质，高强度等优良力学性能，故所述碳纤维薄壁外层23能够提高整体结构的防撞性能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种反手性填充结构，其特征在于，包括：

三个反手性单元，所述反手性单元包括节圆和八个韧带，所述节圆包括均匀间隔布置的四个象限点，每两个韧带界定出一韧带组，四个韧带组沿周向均匀间隔布置在所述节圆上，韧带组中的两个韧带的第一端朝向所述节圆延伸并垂直相交，第二端与该节圆相切连接在所述节圆的其中两个象限点上，其中，三个反手性单元的节圆的圆心重合并两两垂直相交连接在所述象限点上。

2.如权利要求1所述的反手性填充结构，其特征在于：所述反手性填充结构由空心管制成。

3.如权利要求2所述的反手性填充结构，其特征在于：所述空心管是方管。

4.如权利要求2或3所述的反手性填充结构，其特征在于：所述空心管的壁厚是0.1mm。

5.一种汽车防撞梁，适用于安装在汽车的前端，包括：

外壳，围绕界定出一填充空间；

其特征在于：还包括多个如权利要求1-4中任一项所述的反手性填充结构，该反手性填充结构阵列填充在所述填充空间内，相邻两个反手性填充结构连接在所述韧带的第一端，其中，相连接的韧带共线，所述反手性填充结构的其中一个节圆与汽车的前进方向垂直。

6.如权利要求5所述的汽车防撞梁，其特征在于：阵列填充的所述反手性填充结构由3D打印一体成型。

7.如权利要求6所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述外壳包括结构壳板，该结构壳板包括沿汽车前进方向间隔布置的前壳板和后壳板，所述后壳板包括两个间隔布置的连接板，该连接板用于连接至汽车，所述后壳板还包括连接在两个连接板之间的后壳内板，所述后壳板还包括连接在连接板和结构壳体其中一侧的后壳外板，所述前壳板呈弧形并沿着所述前进方向弯曲。

8.如权利要求7所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述后壳外板呈弧形并朝向所述前壳板弯曲，其中，所述后壳外板两端的壁厚朝向后壳板的中间部位逐渐增大。

9.如权利要求8所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述后壳内板包括两个弧形内板，该弧形内板朝向所述前壳板弯曲，所述弧形内板的一端连接所述连接板，另一端连接另一个所述弧形内板，其中，所述弧形内板两端的壁厚朝向所述弧形内板的中间部位逐渐增大。

10.如权利要求7-9中任一项所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述外壳还包括包覆在所述结构壳板外的碳纤维薄壁外层，所述碳纤维薄壁外层包括四层重叠的纤维铺层方向互不相同的碳纤维增强复合材料。

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