專利名稱：一種薄壁圓管吸能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于車輛碰撞沖力的阻尼配件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及車輛被動撞擊時的一種薄壁圓管吸能裝置。
背景技術(shù)：
交通工具在碰撞事故中的抗撞性是被動安全性分析中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，金屬薄壁結(jié)構(gòu)因具有良好的抗撞吸能特性，被廣泛地應(yīng)用到汽車、船舶、航天等各個領(lǐng)域。目前的汽車、船舶、飛機(jī)等行業(yè)中的抗撞吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般采用光滑表面的金屬薄壁圓截面筒或方截面筒。金屬薄壁吸能構(gòu)件主要是通過塑性變形來耗散激烈碰撞產(chǎn)生的沖擊動能，實(shí)際碰撞事故中，往往有多種破壞模式或者多種變形模式混雜在一起，例如，飛機(jī)和汽車的薄壁結(jié)構(gòu)在撞擊載荷作用下發(fā)生破壞，可能同時發(fā)生塑性扭轉(zhuǎn)、塑性彎曲、塑性屈曲、生成裂紋、裂 紋擴(kuò)展、斷裂和被穿透，不同的部位可能發(fā)生不同的破壞模式，每次撞擊部位不同，載荷不同，發(fā)生的破壞形式和程度大相徑庭，具有不可預(yù)測和不易控制的特征。理想的碰撞吸能盒需要滿足如下條件高比吸能率，即碰撞吸能盒所吸收的最大能力與其自身重量的比值要高；低載荷均勻性系數(shù)，即碰撞吸能盒在受撞擊過程中傳遞給車廂結(jié)構(gòu)的最大載荷與整個變形過程中傳遞的平均載荷的比值要低；穩(wěn)定性高,優(yōu)良的抗撞結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)以穩(wěn)定的破壞模式和可控的方式通過結(jié)構(gòu)本身的塑形變形，盡可能地將碰撞動能不可逆地轉(zhuǎn)換為抗撞結(jié)構(gòu)的變形勢能，從而達(dá)到吸收動能，降低沖擊速度，增大被動安全性。傳統(tǒng)上，由鋼或鋁合金加工成的薄壁方管或圓管被廣泛用作碰撞吸能盒，這種吸能盒的主要問題在于它們的初始屈服載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其屈服后的承載力，即在受到撞擊過程中，它們會把一個很大的初始峰值載荷傳遞給汽車縱梁，從而對縱梁造成永久性損害。方管的比吸能率較其他截面形式的低，而圓管的加工和安裝較為不便，傳統(tǒng)的吸能結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到較好的效果。為了提高碰撞吸能盒的比吸能率，對碰撞吸能盒的截面形式做了諸多形式的改進(jìn)。專利號為 EP1923273 (Al),發(fā)明名稱為“ ImpactAbsorptionMember forVehicle”的發(fā)明專利，吸能盒的截面如圖I所示。彎曲的截面可以保證穩(wěn)定的破壞模式和可控的塑性變形，專利同樣存在初始屈服載荷過大的問題。又如申請?zhí)枮镃N200910013553.X，發(fā)明名稱為“一種折痕式碰撞吸能盒”的發(fā)明專利，引入折痕紋路的薄壁管件作為碰撞吸能盒，通過該折痕紋路引導(dǎo)碰撞變形段的最終變形模式。其技術(shù)方案為在一個薄壁管沿軸向分為若干模塊，在每一個模塊的每個角部區(qū)域，分別沿軸向每間隔一定距離有一個鉆石型凹角。從而形成有折痕紋路的薄壁管件。比吸能率和載荷均勻性系數(shù)是兩個此消彼長的參數(shù)，尋求兩參數(shù)的平衡點(diǎn)以達(dá)到吸能盒最優(yōu)化性能，是吸能盒設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種薄壁圓管吸能裝置，同時滿足高比吸能率和低載荷均勻性系數(shù)的要求，吸能裝置可以提高交通工具中廣泛應(yīng)用的薄壁吸能結(jié)構(gòu)在發(fā)生被動碰撞時的變形可控制性和吸收沖擊動能的性能， 從而改善交通工具的被動安全性能。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為一種薄壁圓管吸能裝置，所述吸能裝置包括多個結(jié)構(gòu)和尺寸相同的筒體結(jié)構(gòu)吸能單元，吸能裝置由吸能單元沿筒體中心軸線方向串聯(lián)而成，其改進(jìn)之處在于所述吸能單元的內(nèi)表面為正多邊形柱體，所述吸能單元的外表面為金字塔型波紋結(jié)構(gòu)。其中所述金字塔型波紋結(jié)構(gòu)包括吸能單元圓周向相互連接的金字塔，所述每個金字塔包括一個底面和四個棱錐面，所述金字塔向吸能單元的外側(cè)凸起。其中所述金字塔的底面與所述吸能單元內(nèi)表面重合，所述金字塔的頂點(diǎn)A向底面的投影點(diǎn)為底面的中心。其中所述吸能單元內(nèi)表面內(nèi)接于半徑為!■的圓柱體，所述金字塔的頂點(diǎn)A到吸能單元中心軸線距離為r。其中所述吸能單元內(nèi)表面的邊數(shù)為大于等于3且小于等于99的整數(shù)。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果包括I)破壞模式穩(wěn)定、安全性提高抗撞吸能結(jié)構(gòu)的吸能性能和降低撞擊力的性能主要受結(jié)構(gòu)的破壞模式和變形潰縮過程影響，相對傳統(tǒng)的光滑表面的圓柱殼，本實(shí)用新型通過規(guī)則的金字塔型波紋獲得穩(wěn)定的金剛石破壞模式以及軸向潰縮變形，避免吸能效率很低的整體歐拉失穩(wěn)，金字塔型波紋結(jié)構(gòu)破壞模式更穩(wěn)定，變形可控性好，吸收耗散動能更多，顯著提高了結(jié)構(gòu)的被動安全性；2)高比吸能率和低載荷均勻性系數(shù)本實(shí)用新型吸能裝置的多邊形結(jié)構(gòu)能獲得穩(wěn)定的破壞模式，峰值沖擊力降低且吸能性能更好，整體結(jié)構(gòu)被動安全性更高；3)裝置形狀規(guī)則，便于加工吸能裝置為規(guī)則的多邊形圓管，圓管外表面為規(guī)則的金字塔型波紋，裝置便于加工；4)制造成本低
以下結(jié)合附圖
對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中碰撞吸能盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具有金字塔型波紋的圓形薄壁抗撞吸能結(jié)構(gòu)主視圖；圖3是具有金字塔型波紋的圓形薄壁抗撞吸能結(jié)構(gòu)左視圖；圖4是波紋結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是具有金字塔型波紋的圓形薄壁抗撞吸能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向潰縮示意圖；附圖標(biāo)記r-吸能單元內(nèi)表面外切圓半徑，h-吸能單元沿薄壁筒中心軸向高度，η-吸能單元正多邊形內(nèi)表面的邊數(shù)，a-吸能單元正多邊形內(nèi)表面邊長，b-吸能單元！高度處垂直于薄壁管中心軸的橫截面邊長。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型的具有規(guī)則金字塔型波紋的薄壁圓筒，其主視圖如圖2所示，左視圖如圖3所示，薄壁圓管的外表面沿薄壁圓筒的軸向以一定間距h為一個吸能單元，每個吸能單元的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同。薄壁圓筒的吸能單元具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，可描述如下吸能單元是以O(shè)O1為軸的η邊形筒體結(jié)構(gòu)，η為大于等于3 的自然數(shù)，當(dāng)η等于11時筒體結(jié)構(gòu)的左視圖如圖3所示。筒體的內(nèi)橫截面和吸能單元二分之一高度處外橫截面同為邊數(shù)為η的同圓心正多邊形，內(nèi)橫截面多邊形內(nèi)接于半徑為r的圓，吸能單元二分之一高度處外橫截面外切于半徑為r的圓，外切多邊形邊長b大于內(nèi)接多邊形邊長a。吸能單元的波紋結(jié)構(gòu)如圖4所示，沿薄壁圓筒的軸向方向，吸能單元的高度為h，吸能單元的內(nèi)表面是內(nèi)接于半徑為r的圓柱體的多邊形柱體。棱柱面的外表面為金字塔型結(jié)構(gòu)，金字塔型結(jié)構(gòu)向吸能單元的外側(cè)凸起。金字塔的底面與吸能單元內(nèi)表面的棱柱面重合，金字塔頂點(diǎn)A點(diǎn)向底面的投影點(diǎn)與底面的中心點(diǎn)重合。金字塔頂點(diǎn)A點(diǎn)到薄壁圓筒中心軸OO1的距離為r。具有金字塔型波紋結(jié)構(gòu)的薄壁圓筒在受到沿中心軸向的外界載荷沖擊后，產(chǎn)生軸線潰縮的示意圖如圖5所示。與光滑圓截面吸能結(jié)構(gòu)受到沿中心軸向沖擊載荷后，產(chǎn)生軸向潰縮的情況相比，金字塔型結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下，在金字塔型波紋的引導(dǎo)下發(fā)生圖5所示的很規(guī)則的變形，且變形分布很均勻，普通圓管則是先在局部發(fā)生屈服，沖擊過程的后期變形不穩(wěn)定。金字塔型波紋引導(dǎo)軸向沖擊載荷作用下的薄壁管發(fā)生規(guī)則的金剛石破壞模式，變形規(guī)則可預(yù)測，大大降低沖擊力的峰值，并且吸能效率更高，顯著提高了結(jié)構(gòu)的被動安全性能。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本實(shí)用新型的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性的，而不是對本實(shí)用新型的范圍的限制，本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求1.一種薄壁圓管吸能裝置，所述吸能裝置包括多個結(jié)構(gòu)和尺寸相同的筒體結(jié)構(gòu)吸能單元，吸能裝置由吸能單元沿筒體中心軸線方向串聯(lián)而成，其特征在于所述吸能單元的內(nèi)表面為正多邊形柱體，所述吸能單元的外表面為金字塔型波紋結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種薄壁圓管吸能裝置，其特征在于所述金字塔型波紋結(jié)構(gòu)包括吸能單元圓周向相互連接的金字塔，所述每個金字塔包括一個底面和四個棱錐面，所述金字塔向吸能單元的外側(cè)凸起。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種薄壁圓管吸能裝置，其特征在于所述金字塔的底面與所述吸能單元內(nèi)表面重合，所述金字塔的頂點(diǎn)A向底面的投影點(diǎn)為底面的中心。
4.如權(quán)利要求I所述的一種薄壁圓管吸能裝置，其特征在于所述吸能單元內(nèi)表面內(nèi)接于半徑為r的圓柱體，所述金字塔的頂點(diǎn)A到吸能單元中心軸線距離為r。
5.如權(quán)利要求I所述的一種薄壁圓管吸能裝置，其特征在于所述吸能單元內(nèi)表面的邊數(shù)為大于等于3且小于等于99的整數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種車輛被動撞擊時的薄壁吸能裝置，屬于車輛碰撞沖力的阻尼配件技術(shù)領(lǐng)域。吸能裝置包括多個結(jié)構(gòu)與尺寸均相同的吸能單元，吸能單元的內(nèi)表面為正n邊形柱體，吸能單元的外表面為金字塔型波紋結(jié)構(gòu)。吸能裝置能夠同時滿足高比吸能率和低載荷均勻性系數(shù)的要求，提高交通工具中廣泛應(yīng)用的薄壁吸能結(jié)構(gòu)在發(fā)生被動碰撞時的變形可控制性和吸收沖擊動能的性能，從而改善交通工具的被動安全性性能。
文檔編號B60R19/18GK202656979SQ201220174928
公開日2013年1月9日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者胡曉光, 楊靖波 申請人:中國電力科學(xué)研究院