CN221213875U - 一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒，包括多胞薄壁圆锥管，多胞薄壁圆锥管内部设有多个沿圆周方向分布的胞元，相邻两个胞元之间通过中间隔板进行分隔开，每个胞元内部分别填充有与其形状相适配的泡沫铝填充块，各泡沫铝填充块与多胞薄壁圆锥管形成一个整体的填充管，填充管的下端与汽车的前纵梁连接，填充管的上端与汽车的前防撞梁连接。本实用新型把泡沫铝填充进多胞薄壁圆锥管中进行组合吸能，克服了传统吸能盒的吸能量不足和其耐撞性会随着冲击角度的增大而大幅度降低的缺陷，保障车内成员安全，大大降低了车辆的碰撞维修成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车吸能盒技术领域，具体涉及一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒。
背景技术
在汽车生产制造不断发展过程中，汽车制造技术的提高和制造成本降低使得汽车销售量稳健升高。汽车这种交通工具的出现在生活中给人们提供了极大便利的同时也伴随着各类碰撞事故频频发生，汽车碰撞事故率在各类交通安全事故中占比最大，安全问题也最为严重。在汽车碰撞过程中，汽车最先受到外来物接触的是车身的前保险杠部分，前保险杠起着吸收碰撞能量和进行碰撞力传导至后续吸能组件的作用，而汽车吸能盒可通过结构自身的塑性变形进行后续碰撞能量的吸收。现有的汽车吸能盒吸能效率较低且在斜向碰撞没有很好的耐撞效果。因此，设计耐撞性能更优的吸能盒结构，已经成为汽车安全防护的热门课题。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒，包括多胞薄壁圆锥管，多胞薄壁圆锥管内部设有多个沿圆周方向分布的胞元，相邻两个胞元之间通过中间隔板进行分隔开，每个胞元内部分别填充有与其形状相适配的泡沫铝填充块，各泡沫铝填充块与多胞薄壁圆锥管形成一个整体的填充管，填充管的下端与汽车的前纵梁连接，填充管的上端与汽车的前防撞梁连接。
进一步的，所述多胞薄壁圆锥管内部具有四个胞元，四个胞元呈中心对称分布。
进一步的，所述中间隔板为十字形，中间隔板与多胞薄壁圆锥管内壁连接形成一体。
本实用新型采用以上技术方案，设计了一种吸能稳定、吸能量大且在斜向碰撞情况下的耐撞性效果优良的汽车吸能盒。因此，该本实用新型在汽车安全防护设计领域中有一定的实际意义，主要有益效果如下：
1、吸能盒整体采用锥形结构，锥形结构有利于降低碰撞的初始峰值力，防止汽车碰撞时因减速度过大而对车内成员造成严重伤害。此外，锥形结构可以更好地顺应斜向载荷对应方向下产生塑性变形，能够适应多种碰撞工况；
2、吸能盒多胞的设计提高了吸能盒结构的整体刚度，减少外来碰撞物对车体的浸入量，保证在发生碰撞时车内成员有足够的生存空间；
3、泡沫铝作为一种轻质高强的吸能材料，将泡沫铝填充块填充进多胞薄壁圆锥管中，结构受到载荷作用时可以获得一个变形相对稳定的过程。此外，泡沫铝与管壁在压溃变形中的耦合效应进一步提高了结构的吸能量，满足碰撞能量大的需求；
4、本实用新型设计了一种兼顾对轴向和斜向碰撞能量高效吸收汽车吸能盒，该吸能盒结合了锥形结构、多胞结构和泡沫填充结构的优点，降低结构对冲击角度的敏感性、提高吸能量和吸能稳定，能够解决汽车碰撞过程中存在碰撞角度和冲击能量大等问题；把泡沫铝填充进多胞薄壁圆锥管中进行组合吸能，克服了传统吸能盒的吸能量不足和其耐撞性会随着冲击角度的增大而大幅度降低的缺陷，保障车内成员安全，大大降低了车辆的碰撞维修成本。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管结构的尺寸示意图；
图3为动态冲击仿真模拟三维模型的示意图；
图4为轴向冲击载荷作用下吸能盒的载荷-位移曲线图；
图5为轴向冲击载荷作用下吸能盒变形前后的示意图（a.泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒；b. 传统薄壁方管吸能盒）；
图6为20°斜向冲击载荷作用下吸能盒的载荷-位移曲线图；
图7为20°斜向冲击载荷作用下吸能盒变形前后的示意图（a.泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒；b. 传统薄壁方管吸能盒）。
实施方式
如图1所示，本实用新型一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒，包括多胞薄壁圆锥管1，多胞薄壁圆锥管1内部设有多个沿圆周方向分布的胞元11，优选的，多胞薄壁圆锥管内部具有四个胞元11，四个胞元11呈中心对称分布。相邻两个胞元11之间通过中间隔板12进行分隔开，其中，中间隔板12为十字形，中间隔板12与多胞薄壁圆锥管1内壁连接形成一体。每个胞元11内部分别填充有与其形状相适配的泡沫铝填充块2，各泡沫铝填充块2与多胞薄壁圆锥管1形成一个整体的填充管，填充管的下端与汽车的前纵梁连接，填充管的上端与汽车的前防撞梁连接。
汽车发生碰撞时，前防撞梁刚度大，吸能盒刚度相对较小，所以碰撞时吸能盒一般先发生大形变的塑性变形以吸收碰撞能量。多胞薄壁圆锥管因为中间隔板的存在而增大了结构的整体刚度，能有效增加构件的吸能能力和避免全局失稳现象；而泡沫铝作为一种轻质高强的吸能材料，泡沫铝受到压溃时有一个平稳的应力平台，吸能稳定；将两者相结合，在载荷作用下可以获得一个能量吸收高且变形相对稳定的过程。此外，通过对结构进行锥形设计，使结构即使在斜向载荷作用下也能沿着加载方向产生充分的塑性变形以吸收更多的碰撞能量。
本实用新型所叙述的泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管汽车吸能盒几何尺寸如图2所示，其中L为多胞薄壁圆锥管管件长度、D为底端大径，t为壁厚、ɵ为锥度。根据通用的吸能盒尺寸进行本发明的结构设计，本实用新型的泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒参数设计为：管件长度L=150mm、底端大径D=80mm，壁厚t=2mm、锥角ɵ=5°。
实施例1：轴向冲击载荷作用下泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的耐撞性分析。通过仿真模拟计算进行比较本实用新型泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒和传统薄壁方管吸能盒在轴向冲击载荷作用下的耐撞效果。传统薄壁方管吸能盒的边长和圆锥管的底端大径一致（80mm），长度和圆锥管的管长一致（150mm），为了更好地进行比较，泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒和传统薄壁方管的质量（404g）控制相同，因此得到传统薄壁方管吸能盒的壁厚为3.25mm。多胞薄壁圆锥管和方管采用的材料为AA6061-T6，填充块采用孔隙率为86％的泡沫铝。采用Ansys/LS-DYNA进行动态冲击仿真模拟。在吸能盒的上端建立一块夹角为α的刚性板模拟冲头，赋予冲头的质量为600kg，冲击速度为10m/s；在下端建立一块约束六个自由度的刚性板模拟固定底板。实例仿真的三维模型如图3所示。
在轴向冲击中，冲头与吸能盒上端面的夹角α为0°，设置冲头的冲击位移为吸能盒管长的70％（105mm）。通过对本实用新型泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒和传统薄壁方管吸能盒进行仿真模拟得到轴向冲击作用下的载荷-位移曲线（图4所示），可以明显看出，方管吸能盒在冲击初始阶段产生了一个数值较高的峰值载荷，这在实际车辆碰撞中将导致过大的减速度从而对车内成员造成严重伤害。对载荷-位移曲线进行积分得到吸能盒在整个冲击过程中的吸能量，泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的吸能量为16537.5j，传统薄壁方管吸能盒的吸能量为9901.5j。吸能量除于吸能盒的质量得到质量比吸能，两类吸能盒的质量比吸能分别为40.9j/g和24.5j/g。此外，泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒产生了更稳定的变形，生成了更多的塑性褶皱（图5所示）。说明在轴向冲击载荷作用下泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的耐撞效果更好。
实施例2：20°斜向冲击载荷作用下泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的耐撞性分析。将冲头与吸能盒上端面的夹角α设置为20°，通过对本实用新型泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒和传统薄壁方管吸能盒进行仿真模拟得到20°斜向冲击作用下的载荷-位移曲线（图6所示）。泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的吸能量为15309.1j，质量比吸能为37.9j/g。传统薄壁方管吸能盒的吸能量为7392.9j，质量比吸能为18.3j/g。泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒产生了稳定的变形，生成了更多的塑性褶皱（图7所示）。说明在斜向冲击载荷作用下泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的耐撞效果更好。
通过上述两个实例的仿真模拟可以看出本实用新型泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒相比传统薄壁方管吸能盒，其在受到冲击载荷作用下，变形稳定，载荷波动较小。在轴向冲击载荷作用下，泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的吸能量和质量比吸能为传统薄壁方管吸能盒的1.67倍。在20°斜向冲击载荷作用下，泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒的吸能量和质量比吸能为传统薄壁方管吸能盒的2.07倍。说明本实用新型泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管吸能盒无论是在轴向载荷还是在斜向载荷作用下都具有较好的耐撞效果。
以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对此实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒，其特征在于：包括多胞薄壁圆锥管，多胞薄壁圆锥管内部设有多个沿圆周方向分布的胞元，相邻两个胞元之间通过中间隔板进行分隔开，每个胞元内部分别填充有与其形状相适配的泡沫铝填充块，各泡沫铝填充块与多胞薄壁圆锥管形成一个整体的填充管，填充管的下端与汽车的前纵梁连接，填充管的上端与汽车的前防撞梁连接。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒，其特征在于：所述多胞薄壁圆锥管内部具有四个胞元，四个胞元呈中心对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种泡沫铝填充多胞圆锥管汽车吸能盒，其特征在于：所述中间隔板为十字形，中间隔板与多胞薄壁圆锥管内壁连接形成一体。
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