一種沖擊吸能機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及沖擊吸能領(lǐng)域，特別涉及一種能夠重復(fù)使用的沖擊吸能機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于汽車、高速列車等交通工具來說，撞擊現(xiàn)象一直是一個(gè)極其重要和不可回避的問題。近年來，隨著汽車與高速列車數(shù)量迅速增加和行駛速度的不斷提高，使得碰撞問題越來越突出，迅速增加的碰撞事故會(huì)造成重大人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，耐撞性能已成為汽車、高速列車等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，已有利用形狀記憶合金的特性進(jìn)行能量吸收的研究和記載。常見的利用方式是利用形狀記憶合金奧氏體初始相的超彈性行為。利用應(yīng)力誘導(dǎo)的奧氏體-馬氏體相變，有很大的彈性變形空間，能夠進(jìn)行可觀的能量吸收。但這種彈性吸能容易導(dǎo)致二次沖擊的發(fā)生，往往不利于沖擊情形下人員、設(shè)備的保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供一種沖擊吸能機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠防止前述的二次沖擊現(xiàn)象的發(fā)生。方案如下:
[0005]—種沖擊吸能機(jī)構(gòu)，包括受沖擊部、與受沖擊部在位置上相對(duì)的相對(duì)部;所述受沖擊部和相對(duì)部之間支撐有至少一個(gè)馬氏體初始相形狀記憶合金梁。
[0006]優(yōu)選地，所述梁具有初始曲率，從而在受壓時(shí)可以發(fā)生彎曲變形。
[0007]優(yōu)選地，所述梁為兩個(gè)以上，并且優(yōu)選在所述受沖擊部和相對(duì)部之間均勻布置。
[0008]優(yōu)選地，所述形狀記憶合金為NiTi合金。
[0009]馬氏體初始相的形狀記憶合金在受載時(shí)有一段馬氏體重取向的變形空間，這種變形的特征為塑性變形，可以利用塑性功將沖擊動(dòng)能完全耗散，從而避免出現(xiàn)二次沖擊的問題。并且這一部分的變形可以通過將試件升溫到馬氏體-奧氏體相轉(zhuǎn)變溫度以上即可恢復(fù)。也就是說，馬氏體初始相形狀記憶合金的馬氏體重取向階段的塑性變形為可恢復(fù)變形，但馬氏體重取向階段之后進(jìn)入馬氏體塑性變形階段，此階段的塑性變形并不能通過升溫等簡(jiǎn)單措施進(jìn)行恢復(fù)，為常規(guī)意義上的不可恢復(fù)變形，因此為了變形的完全可恢復(fù)性，需將馬氏體初始相的形狀記憶合金梁的變形量控制在一定程度內(nèi)。
[0010]基于此，本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠重復(fù)使用的沖擊吸能機(jī)構(gòu)。
[0011 ]為實(shí)現(xiàn)這一目的，前述沖擊吸能機(jī)構(gòu)可進(jìn)一步包括設(shè)置在所述受沖擊部和相對(duì)部之間的限位器。
[0012]可依據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求，合理地選擇限位位移。即，使得所述梁的變形不超出馬氏體重取向變形。
[0013]優(yōu)選地，所述限位器安裝在受沖擊部或相對(duì)部上。
[0014]優(yōu)選地，所述限位器內(nèi)設(shè)滑道，一滑動(dòng)件一端插入所述滑道，另一端安裝于所述受沖擊部或相對(duì)部，與所述限位器安裝位置相對(duì)。
[0015]為了便于形狀記憶合金梁的變形恢復(fù)，所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)還可包括加熱裝置，所述加熱裝置優(yōu)選包括安裝在所述限位器上的散熱片。
[0016]通過上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明的沖擊吸能機(jī)構(gòu)不僅避免了二次沖擊問題的出現(xiàn)，而且能夠通過升溫對(duì)形狀記憶合金梁的變形進(jìn)行完全恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的重復(fù)使用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的沖擊吸能機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的沖擊吸能機(jī)構(gòu)的完全吸能狀態(tài)示意圖。
[0019]圖中:丨一受沖擊板、2—底板、3—NiTi合金梁、4一限位器、5—滑動(dòng)件、6—散熱片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下文將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0021 ]本發(fā)明的沖擊吸能機(jī)構(gòu)包括受沖擊部、與受沖擊部在位置上相對(duì)的相對(duì)部;所述受沖擊部和相對(duì)部之間支撐有至少一個(gè)馬氏體初始相形狀記憶合金梁。
[0022 ] 迄今為止發(fā)現(xiàn)的形狀記憶合金體系至少包括以下種類:AuCd、AgCd、CuZn、CuZnAl、CuZnSn、CuZnS1、CuSn、CuZnGa、InT1、AuCuZn、NiAl、FePt、NiT1、TiNiPd、TiNb、UNb和FeMnSi等。下面的實(shí)施例以NiTi合金為例。
[0023]圖1和圖2示出本發(fā)明沖擊吸能機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例以沖擊載荷從上至下施加的方式示例。在該實(shí)施例中，受沖擊部和相對(duì)部均為板狀，即受沖擊板I和底板2，受沖擊板I和底板2之間支撐著一個(gè)或多個(gè)馬氏體初始相的NiTi合金梁3 JiTi合金梁3具有一定的初始曲率，從而方便其在受壓時(shí)發(fā)生彎曲變形。而且，在存在多個(gè)的情況下，NiTi合金梁3優(yōu)選均勻布置在所述受沖擊板I和底板2之間，以保證沖擊吸能機(jī)構(gòu)整體上的受力均衡。
[0024]利用上述結(jié)構(gòu)的沖擊吸能機(jī)構(gòu)，可借助馬氏體初始相的形狀記憶合金在馬氏體重取向變形階段的塑性變形特性，完全耗散所遭受的沖擊動(dòng)能，從而避免了二次沖擊問題的出現(xiàn)。但由于從馬氏體重取向階段進(jìn)入馬氏體塑性變形階段后的塑性變形為常規(guī)意義上的不可恢復(fù)變形，因此為了變形的完全可恢復(fù)性，本實(shí)施例的沖擊吸能機(jī)構(gòu)還在所述受沖擊板I和底板2之間設(shè)置了限位器4。如圖1和圖2所示，限位器4安裝在底板2上。限位器4內(nèi)設(shè)有滑道(圖中未示出)，參見圖1，滑道內(nèi)插入一例如為柱狀的滑動(dòng)件5，滑動(dòng)件5的另一端安裝在受沖擊板I上。
[0025]根據(jù)可重復(fù)使用及完全可恢復(fù)變形的設(shè)計(jì)原則，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)量達(dá)到限位器4時(shí)，馬氏體初始相形狀記憶合金梁中的變形不能超過其馬氏體相轉(zhuǎn)變的變形，即不可出現(xiàn)馬氏體塑性變形成分。因此，可依據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)不同的形狀記憶合金梁，依據(jù)形狀記憶合金梁的位置、幾何尺寸等特征，設(shè)置合理的限位位移，所述限位位移是指因限位器的作用，受沖擊部與相對(duì)部之間的最大相對(duì)位移。
[0026]盡管在本實(shí)施例中，限位器4安裝在底板2上，滑動(dòng)件5安裝在受沖擊板I上，但安裝位置也可互換，將限位器4安裝在受沖擊板I上，將滑動(dòng)件5安裝在底板2上。而且，滑動(dòng)件5是可選的，限位器4和/或滑動(dòng)件5也可采用其它任何能夠起到限位作用的結(jié)構(gòu)和形狀。
[0027]為了在沖擊吸能機(jī)構(gòu)在沖擊完成后恢復(fù)形變，本發(fā)明還為沖擊吸能機(jī)構(gòu)提供了加熱裝置，該加熱裝置可以采取外置、內(nèi)置或部分內(nèi)置的形式。在如圖1和圖2所示的實(shí)施例中，標(biāo)記6標(biāo)識(shí)的是散熱片，散熱片6安裝在限位器4上，用于當(dāng)沖擊吸能機(jī)構(gòu)使用完畢后，借助適當(dāng)?shù)臒嵩磳?duì)變形后的NiTi合金梁3進(jìn)行加熱，使其恢復(fù)形變。盡管本實(shí)施例中采用了散熱片6的形式，但NiTi合金梁3的加熱方式不限于此，可替換為現(xiàn)有技術(shù)中其它適合的加熱方式和加熱結(jié)構(gòu)。
[0028]下面參照?qǐng)D1和圖2示例性描述本發(fā)明沖擊吸能機(jī)構(gòu)的受力吸能及升溫恢復(fù)過程。
[0029]如圖1所示，沖擊吸能機(jī)構(gòu)處在未受沖擊的初始狀態(tài)。沖擊載荷沿圖示箭頭方向從上至下對(duì)受沖擊板I施力。在沖擊吸能過程中，受沖擊板I向下運(yùn)動(dòng)，使得NiTi合金梁3彎曲變形，利用彎曲塑性變形進(jìn)行能量吸收，同時(shí)與受沖擊板I固連的滑動(dòng)件5沿著限位器4中的滑道向下運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，當(dāng)變形量達(dá)到機(jī)構(gòu)承載的最大值時(shí)，與受沖擊板I固連的滑動(dòng)件5完全深入到限位器4內(nèi)，此時(shí)受沖擊板I與限位器4接觸，整個(gè)機(jī)構(gòu)不能繼續(xù)變形，NiTi合金梁3在此時(shí)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的最大變形量，沖擊吸能機(jī)構(gòu)于此刻完成其任務(wù)，吸收了其設(shè)計(jì)空間內(nèi)的能量。在沖擊吸能機(jī)構(gòu)的整個(gè)變形過程中，NiTi合金梁3經(jīng)歷的彎曲塑性變形都是可恢復(fù)的，待沖擊完成后，通過散熱片6來對(duì)變形后的NiTi梁進(jìn)行加熱，將沖擊吸能機(jī)構(gòu)整體或NiTi合金梁3升溫至NiTi材料的馬氏體-奧氏體相轉(zhuǎn)變溫度以上，即可完全恢復(fù)變形，機(jī)構(gòu)恢復(fù)到圖1的狀態(tài)。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 包括受沖擊部、與受沖擊部在位置上相對(duì)的相對(duì)部； 所述受沖擊部和相對(duì)部之間支撐有至少一個(gè)馬氏體初始相形狀記憶合金梁。2.如權(quán)利要求1所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述受沖擊部和相對(duì)部之間還設(shè)置有限位器。3.如權(quán)利要求2所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述限位器安裝在受沖擊部或相對(duì)部上。4.如權(quán)利要求3所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述限位器內(nèi)設(shè)滑道，一滑動(dòng)件一端插入所述滑道，另一端安裝于所述受沖擊部或相對(duì)部，與所述限位器安裝位置相對(duì)。5.如權(quán)利要求1-4任一所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述梁具有初始曲率。6.如權(quán)利要求1所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述梁為兩個(gè)以上。7.如權(quán)利要求6所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述梁在所述受沖擊部和相對(duì)部之間均勻布置。8.如權(quán)利要求1所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)還包括加熱裝置。9.如權(quán)利要求8所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述加熱裝置包括安裝在所述限位器上的散熱片。10.如權(quán)利要求1所述沖擊吸能機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述形狀記憶合金為NiTi合金。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種沖擊吸能機(jī)構(gòu)，該沖擊吸能機(jī)構(gòu)包括受沖擊部、與受沖擊部在位置上相對(duì)的相對(duì)部；所述受沖擊部和相對(duì)部之間支撐有至少一個(gè)馬氏體初始相形狀記憶合金梁；所述受沖擊部和相對(duì)部之間還可設(shè)置限位器。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的沖擊吸能機(jī)構(gòu)不僅避免了沖擊吸能過程中的二次沖擊問題的出現(xiàn)，而且能夠通過升溫對(duì)形狀記憶合金梁的變形進(jìn)行完全恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的重復(fù)使用。
【IPC分類】B60R19/30, B61F19/04
【公開號(hào)】CN105599715
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610004031
【發(fā)明人】魏延鵬, 楊喆, 黃晨光
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月4日