背景技術(shù)：

一些汽車和其他車輛具有發(fā)動機(jī)罩或頂蓋，其為鉸接的或可移除的蓋，所述蓋用于允許進(jìn)入發(fā)動機(jī)室以實(shí)現(xiàn)維護(hù)和修理。在許多車輛中，但并不是所有的車輛中，相對于行駛的前進(jìn)方向，發(fā)動機(jī)罩或頂蓋位于車輛的前部。

頭盔為另一種類型的可移除的蓋，其由許多活動中的參與者(其可能使頭盔受到?jīng)_擊)佩戴。例如，頭盔可由足球運(yùn)動員、棒球運(yùn)動員、曲棍球運(yùn)動員、賽車駕駛員、摩托車騎手、飛行員、士兵、水手、消防員、跳傘員、洞窟探勘者或騎師佩戴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

覆蓋被覆蓋物體的蓋包括面向物體并與物體隔開的蓋的內(nèi)表面，以及與內(nèi)表面相對的蓋的外表面。局部能量吸收器可操作地附接至蓋的內(nèi)表面。局部能量吸收器包括可操作地附接至蓋的內(nèi)表面的能量吸收芯層，以及面向物體、附接至能量吸收芯層的脆性面片材層。在將沖擊施加至外表面的過程中，脆性面片材層將引發(fā)脆性面片材層的斷裂，其中所述過程限定了持續(xù)時間小于20ms的沖擊事件。

附圖說明

通過參考以下詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的實(shí)例的特征將變得顯而易見，其中，類似的附圖標(biāo)記對應(yīng)于類似而可能不相同的部件。為了簡明起見，具有前述功能的附圖標(biāo)記和特征可結(jié)合或不結(jié)合示出它們的其他附圖進(jìn)行說明。

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的具有局部能量吸收器的蓋和被覆蓋物體的實(shí)例的示意圖；

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例的在發(fā)動機(jī)罩下方具有局部能量吸收器的車輛的實(shí)例的半示意性透視圖；

圖2a是在圖1b中示出的發(fā)動機(jī)罩的下側(cè)的半示意性透視圖，其示出了本發(fā)明的局部能量吸收器的實(shí)例；

圖2b是具有發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板和發(fā)動機(jī)罩外面板的發(fā)動機(jī)罩的實(shí)例的半示意性透視分解視圖；

圖3是基本上沿圖2a的線3-3截取的半示意性橫截面視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視分解視圖；

圖5a是根據(jù)本發(fā)明的具有應(yīng)力集中凹口的脆性面片材層的實(shí)例的半示意性橫截面?zhèn)纫晥D；

圖5b是在圖5a中描述的脆性面片材層的實(shí)例的底面圖；

圖5c是根據(jù)本發(fā)明的脆性面片材層的實(shí)例的頂視圖，該脆性面片材層具有槽以在沖擊過程中引發(fā)脆性面片材層的斷裂；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的具有附接至能量吸收芯層的加強(qiáng)片材層的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視分解視圖；

圖7a是根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視圖，該局部能量吸收器具有附接至能量吸收芯層的加強(qiáng)片材層以及多個支柱，每個支柱附接至加強(qiáng)片材層且還附接至脆性面片材層；

圖7b是根據(jù)本發(fā)明的在圖7a中描述的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視圖，其示出了在沖擊事件過程中局部能量吸收器的變形；

圖7c是根據(jù)本發(fā)明的在圖7a中描述的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視圖，其進(jìn)一步示出了局部能量吸收器的超過在圖7b中描述的變形的變形；

圖8a是根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視圖，其中，多個支柱的每個均位于局部能量吸收器的周邊；

圖8b是根據(jù)本發(fā)明的在圖8a中描述的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視圖，其示出了在沖擊事件之后局部能量吸收器的變形；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視圖，其中，局部能量吸收器具有位于局部能量吸收器的周邊處的多個支柱和另外與局部能量吸收器的周邊隔開的多個支柱；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的在圖4中描述的具有蜂窩體能量吸收芯層的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視分解視圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的在圖6中描述的具有蜂窩體能量吸收芯層的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視分解視圖；

圖12是在圖7a中描述的具有蜂窩體能量吸收芯層的局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視分解視圖；

圖13是局部能量吸收器的實(shí)例的半示意性透視剖視圖；

圖14描述了根據(jù)本發(fā)明的能量吸收芯層的實(shí)例的半示意性頂視圖；

圖15是根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的另一實(shí)例的半示意性側(cè)視圖；

圖16是與對無局部能量吸收器的發(fā)動機(jī)罩的類似沖擊相比較，沖擊物體對包括根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的車輛發(fā)動機(jī)罩的沖擊的減速度-時間圖；

圖17是根據(jù)本發(fā)明的在外殼下方具有局部能量吸收器的頭盔的實(shí)例的半示意性透視圖；以及

圖18是基本上沿圖17的線18-18截取的橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的具有局部能量吸收器20的蓋12和被覆蓋物體14的實(shí)例的示意圖。本發(fā)明的蓋12的實(shí)例可移除地覆蓋被覆蓋物體14。蓋12可為例如車輛發(fā)動機(jī)罩12'，且被覆蓋物體14可為例如發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'(例如，參見圖1b)。如本文中所公開，發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'可以為，例如但不限于，發(fā)動機(jī)、電池、增壓器、抗側(cè)傾桿、流體填充端口蓋、或它們的組合。

在本發(fā)明的其他實(shí)例中，蓋12可為頭盔12”，且被覆蓋物體14可為頭盔12”的佩戴者43的頭部14”的至少一部分(例如，圖17和圖18)。頭盔12”可降低在頭盔佩戴者43的頭部14”上的沖擊的潛在作用。頭盔佩戴者43可以為，例如足球運(yùn)動員、棒球運(yùn)動員、賽車駕駛員、摩托車騎手、飛行員、士兵、水手、消防員、跳傘員、洞窟探勘者、騎師、或任何活動(具有頭盔12”以降低在頭盔佩戴者43的頭部14”上的沖擊的潛在作用)中的參與者。

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的車輛10的實(shí)例的半示意性透視圖。如本文所使用，“車輛”指的是運(yùn)輸乘客或貨物的自行式移動機(jī)器。根據(jù)本發(fā)明的車輛的實(shí)例為：機(jī)動車輛(摩托車、汽車、卡車、客車、火車)和表面船舶(輪船、船只)。發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'以虛線示出。發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'代表發(fā)動機(jī)室內(nèi)發(fā)動機(jī)罩12'下面的部件。圖2a示出了發(fā)動機(jī)罩12'的下側(cè)，且圖3示出了基本上沿圖2a的線3-3截取的橫截面視圖。車輛發(fā)動機(jī)罩12'通常指示車輛10的前部區(qū)域或發(fā)動機(jī)罩區(qū)域。為了說明性目的示出車輛10，且僅示出了一種可能的環(huán)境，本文描述的部件可以被合并在其中。雖然針對汽車應(yīng)用詳細(xì)描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明的更廣泛的應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，術(shù)語諸如“上面”，“下面”、“向上”、“向下”等，用于描述附圖，且并不代表對本發(fā)明的范圍的限制。任何數(shù)字標(biāo)記，諸例如“第一”或“第二”并不意于限制，并且除非本文明確的說明，則任何特定的部件可以以任何數(shù)字標(biāo)注。

如在圖3中所描述，車輛發(fā)動機(jī)罩12'包括發(fā)動機(jī)罩面板16，該發(fā)動機(jī)罩面板具有面向發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'的內(nèi)表面18和與內(nèi)表面18相對的外表面19。局部能量吸收器20諸如通過接合件22被可操作地附接至車輛發(fā)動機(jī)罩12'的發(fā)動機(jī)罩面板16的內(nèi)表面18。在一實(shí)例中，粘合劑層71可以設(shè)置在局部能量吸收器20與車輛發(fā)動機(jī)罩12'的內(nèi)表面18之間，以通過粘合劑接合將局部能量吸收器20附接至車輛發(fā)動機(jī)罩12'的內(nèi)表面18。在其他實(shí)例中，局部能量吸收器20可以通過鉚釘、卡扣配合或緊固件(未示出)附接。

接合件22可以是，例如但不限于，粘合劑接合件或焊接接合件。局部能量吸收器20可附接至內(nèi)表面18，或設(shè)置在內(nèi)表面18與車輛10的發(fā)動機(jī)室內(nèi)的發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'之間。在一些車輛10中，發(fā)動機(jī)罩12'可包括發(fā)動機(jī)罩外面板17和發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板11(參見圖2b)。發(fā)動機(jī)罩外面板17可具有外表面19，該外表面為當(dāng)發(fā)動機(jī)罩12'位于如在圖1b中示出的閉合位置處時從車輛10(參見圖1b)的外部可見的表面。發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板11可具有如在圖2b中描述的支撐肋結(jié)構(gòu)13。在一些車輛10中，局部能量吸收器20可直接附接至內(nèi)表面18。例如，發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板11可插在局部能量吸收器20與內(nèi)表面18之間。在這樣的實(shí)例中，局部能量吸收器20經(jīng)由發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板11附接至內(nèi)表面18。在其他實(shí)例中，局部能量吸收器20被限定在發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板11與內(nèi)表面18之間。

局部能量吸收器20被配置成用于吸收由沖擊載荷24諸如從沖擊物體25傳遞至發(fā)動機(jī)罩12'的外表面19的能量。在圖3中，沖擊載荷24表示為箭頭，且僅是說明性的。沖擊的方向和類型可變化，且引起沖擊載荷24的沖擊物體25可變化。

發(fā)動機(jī)罩面板16的內(nèi)表面18與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'間隔盆地深度26。該盆地深度26可以以不同的方式被限定或測量。在圖3中，盆地深度26示出為在內(nèi)表面18與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'之間最短的絕對距離。然而，可沿著基本上平行于沖擊載荷24的預(yù)期方向的線進(jìn)行替代測量，其示出為替代盆地深度27。

如果局部能量吸收器20不是設(shè)置在發(fā)動機(jī)罩面板16與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'之間，則沖擊載荷24可引起發(fā)動機(jī)罩面板16變形直至發(fā)動機(jī)罩面板16跨過盆地深度26并與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'相接觸。然而，局部能量吸收器20將在發(fā)動機(jī)罩面板16(或發(fā)動機(jī)罩內(nèi)面板11)與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'接觸之前開始變形并耗散來自沖擊載荷24的能量，因而，降低了從發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'傳遞至沖擊物體25的力。局部能量吸收器20耗散沖擊載荷24的方式可使用以下的公式1來量化。應(yīng)該理解的是，公式1為實(shí)例，且并不是量化本發(fā)明的局部能量吸收器的作用的唯一方式。例如，除了在公式1中評價的線性尺寸之外，安裝有本文公開的局部能量吸收器的頭盔的評價可包括旋轉(zhuǎn)尺寸(例如，減速項(xiàng)a(t)的旋轉(zhuǎn)校正)。在沒有局部能量吸收器20的情況下，沖擊物體25經(jīng)歷的峰值載荷更高，并且當(dāng)沖擊物體25穿過盆地深度26時(在沖擊物體25與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'之間具有發(fā)動機(jī)罩12')，(通過發(fā)動機(jī)罩12')吸收的能量較少。

在公式1中，t1和t2為時間間隔的初始時間和最終時間(以秒為單位)，在時間間隔期間，公式1獲得最大值，且減速度a的單位為gs(1標(biāo)準(zhǔn)g＝9.81米/平方秒)。最大持續(xù)時間(t2-t1)可被限制在從約3ms至約36ms(毫秒)的范圍內(nèi)的特定值。例如，最大持續(xù)時間可以為約20ms。

在實(shí)驗(yàn)測試中，當(dāng)沖擊物體25被沖擊至發(fā)動機(jī)罩面板16中時，從安裝在沖擊物體25的重心處的至少一個加速度計(jì)的減速度和時間關(guān)系來評價公式1。公式1評價沖擊物體25上的減速度以及減速度的持續(xù)時間的作用。在一些計(jì)算機(jī)模型中，預(yù)測用于沖擊情形下的公式1的值，更高的得分得自以下之一：在更大的最大減速度下的短沖擊持續(xù)時間；或在較小的最大減速度下更長的沖擊持續(xù)時間。針對給定的盆地深度26，本發(fā)明的局部能量吸收器20將最小化或降低用于特定沖擊情形下的公式1的值。可選地，局部能量吸收器20可獲得用于特定沖擊情形下的公式1的目標(biāo)值，同時最小化盆地深度26。

圖1b-3描述了本發(fā)明的車輛發(fā)動機(jī)罩12'的實(shí)例。車輛發(fā)動機(jī)罩12'覆蓋發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'。車輛發(fā)動機(jī)罩12'具有面向發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'并與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'隔開的內(nèi)表面18。車輛發(fā)動機(jī)罩12'具有與內(nèi)表面18相對的外表面19。局部能量吸收器20可操作地附接至車輛發(fā)動機(jī)罩12'的內(nèi)表面18。局部能量吸收器20包括能量吸收芯層30，該能量吸收芯層30可操作地附接至車輛發(fā)動機(jī)罩12'的內(nèi)表面18。

如在圖4中所描述，脆性面片材層32面向發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'附接至能量吸收芯層30。在一實(shí)例中，局部能量吸收器20可具有設(shè)置在能量吸收芯層30與脆性面片材層32之間的粘接層72，以通過粘接粘合將脆性面片材層32附接至能量吸收芯層30。在圖4中，粘合劑層72以虛線示出，因?yàn)檎澈蟿?2可能或可能不包含于局部能量吸收器20的實(shí)例中。在一實(shí)例中，脆性面片材層32可包括鎂合金片材，例如，由az31-o鎂合金形成。在將沖擊施加至外表面19的過程中，脆性面片材層32將引發(fā)脆性面片材層32的斷裂，其中所述過程限定了持續(xù)時間小于20ms的沖擊事件。

在一實(shí)例中，在沖擊事件過程中，局部能量吸收器20將接觸發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'。在與發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'相接觸的過程中，脆性面片材層32通過彎曲和斷裂來耗散能量。

如本文所使用，脆性裝置容易斷裂，而不能夠彈性變形以保持作為單個物體的粘接性。雞蛋殼可以被描述為脆性的，而高爾夫球外殼(其可彈性變形)并非脆性的。即使沒有預(yù)先存在的貫穿厚度的凹口，在斷裂發(fā)展過程中，脆性裝置通過內(nèi)表面的發(fā)展容易成為處于低塑性或甚至處于彈性應(yīng)變水平的多連接體。通過施加相對較低的力至脆性蛋殼，能夠孵化小雞。形成鮮明對比的是，甚至在被高速揮出的桿頭的邊緣擊打后，高爾夫球可抵抗受到的切削和斷裂。因此，一旦沖擊，脆性面片材層32斷裂且可破碎成多碎片，而非像一片鋼金屬片材一樣彈性或塑性變形。因而，具有如本文公開的脆性面片材層32的能量吸收器20是對現(xiàn)有能量吸收器的改進(jìn)，其可經(jīng)受顯著的彈性/塑性壓縮，使得當(dāng)沖擊載荷隨著時間增加時，能量吸收降低。

如在圖5a和5b中描述，脆性面片材層32可限定脆性面片材層32的表面38中的至少一個應(yīng)力集中凹口37。在沖擊事件過程中，至少一個應(yīng)力集中凹口37將引發(fā)脆性面片材層32的斷裂。如在圖5a和5b中描述，至少一個應(yīng)力集中凹口37是指3個應(yīng)力集中凹口37。應(yīng)該理解的是，應(yīng)力集中凹口37被示意性地示出，且可能看起來與在圖5b中所示的深凹口相比更像刻痕。作為一實(shí)例，玻璃切割機(jī)制作相對較小的刻痕，以當(dāng)通過用錘輕微敲擊或施加跨過刻痕的彎曲應(yīng)力而向玻璃板施加應(yīng)力時，引起位于刻痕處的斷裂。玻璃板中的小刻痕為脆性材料中的應(yīng)力集中凹口37的實(shí)例。

在圖5c中描述的實(shí)例類似于在圖5a和5b中描述的實(shí)例，不同之處在于，具有未完全穿透脆性面片材層32的凹口37，該脆性面片材層32限定了貫穿所述脆性面片材層32的厚度23的至少一個槽40的周邊39。在沖擊事件過程中，至少一個槽40為脆性面片材層32上的斷裂起始點(diǎn)。

應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明的實(shí)例中，脆性面片材層32在沖擊的作用下可斷裂。凹口37促進(jìn)斷裂，同時作為沖擊的結(jié)果，發(fā)生起始斷裂。因此，脆性面片材層32并不趨于斷裂直至沖擊事件。

在圖6中描述的實(shí)例中，局部能量吸收器20包括附接至與脆性面片材層32相對的能量吸收芯層30的加強(qiáng)片材層34，以將能量吸收芯層30夾在脆性面片材層32與加強(qiáng)片材層34之間。在能量吸收芯層30與脆性面片材層32之間可包括粘合劑層(未示出)。在能量吸收芯層30與加強(qiáng)片材層34之間可包括另一粘合劑層(未示出)。

圖7a-7c描述了本發(fā)明的局部能量吸收器20的實(shí)例，且在沖擊事件過程中，局部能量吸收器20發(fā)生變形。在圖7a-7c中的局部能量吸收器20包括多個81支柱89。每個支柱89附接至加強(qiáng)片材層34，并且附接至脆性面片材層32。多個81支柱89的每個支柱89向內(nèi)與局部能量吸收器20的周邊53隔開。

在沖擊事件過程中，多個81支柱89的子集83以下列順序發(fā)生變形：首先發(fā)生彈性變形(附圖標(biāo)記86)，然后發(fā)生彎折(附圖標(biāo)記87)，接下來多個81支柱89的子集83斷裂(附圖標(biāo)記90)。在本發(fā)明的實(shí)例中，在彎折之前或在彎折的同時會發(fā)生塑性變形。應(yīng)該理解的是，局部能量吸收器20可能能夠承受偶然的接觸(其與沖擊事件相比能量較小)，而不發(fā)生永久變形。例如，來自對車輛發(fā)動機(jī)罩12'的正常操作汽車刷洗的部件的接觸將不會引起局部能量吸收器20元件的彎折或斷裂。類似地，頭盔12”內(nèi)包括的局部能量吸收器20將承受一定級別的碰撞而不發(fā)生永久變形；而且，當(dāng)遭受如本文所描述的沖擊事件時，也不會發(fā)生如本文所描述的彎折和斷裂。

在圖8a和8b中描述的實(shí)例中，多個81支柱89的每個支柱89位于局部能量吸收器20的周邊53處。圖8a描述了在沖擊事件之前局部能量吸收器20的實(shí)例，且圖8b描述了在沖擊事件之后在圖8a中所描述的局部能量吸收器20的實(shí)例。在圖8b中，支柱89發(fā)生彎折并斷裂。支柱89中的斷裂由附圖標(biāo)記90來指示。在圖8b中，示出脆性面片材層32在附圖標(biāo)記33處斷裂。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器20的實(shí)例的半示意性透視圖，該局部能量吸收器具有位于局部能量吸收器20的周邊53處的支柱89的多個支柱81和另外與局部能量吸收器20的周邊53隔開的多個81'支柱89。能量吸收芯層30可具有互補(bǔ)空間(未示出)以允許支柱89從脆性面片材層32貫穿能量吸收芯層30到達(dá)至加強(qiáng)片材層34。

圖10是局部能量吸收器20'的實(shí)例的半示意性透視分解視圖。根據(jù)本發(fā)明，在圖10中描述的局部能量吸收器20'為在圖4中描述的局部能量吸收器20的更具體的實(shí)例，其具有蜂窩體能量吸收芯層30'。更一般地說，圖10半示意性地描述了具有包括開口單元44的矩陣的能量吸收芯層30'的局部能量吸收器20'的實(shí)例。開口單元44的矩陣中的每個單元44限定各自的中空管28，該中空管具有帶有各自的第一開口端41和各自的第二開口端42的各自的縱向軸線29。每條各自的縱向軸線29垂直于脆性面片材層32。盡管在圖10中描述的開口單元44是六邊形的，但本發(fā)明包括具有任何數(shù)量的邊(包括單個邊，其將為圓柱)的單元。例如，開口單元44可以為三角形管、矩形管、五邊形管、六邊形管、或具有由任何多邊形限定的橫截面的管。管的邊并不需要具有相等的尺寸。此外，管并不必彼此相互完美地嵌套。在管之間可有間隙，其形成另一管。

圖11是局部能量吸收器20'的實(shí)例的半示意性透視分解視圖。根據(jù)本發(fā)明，在圖11中描述的局部能量吸收器20'為在圖6中描述的局部能量吸收器20的更具體的實(shí)例，其具有蜂窩體能量吸收芯層30'。

圖12是局部能量吸收器20'的實(shí)例的半示意性透視分解視圖。根據(jù)本發(fā)明，在圖12中描述的局部能量吸收器20'為在圖7a中描述的局部能量吸收器20的更具體的實(shí)例，其具有蜂窩體能量吸收芯層30'。在一非限制性實(shí)例中，能量吸收芯層30'可包括3003鋁合金，該鋁合金具有約45磅/平方英寸(psi)的抗壓強(qiáng)度。能量吸收芯層30'可具有其他蜂窩體材料，諸如，芳綸纖維、熱塑性塑料、玻璃纖維、陶瓷、鎂、鈦、鎳、不銹鋼、銅、或它們的組合。多個支柱中的每個支柱89可由az31-o鎂合金形成。多個支柱中的每個支柱89可由其他材料形成，諸如，鋁合金、各種塑料、或像碳纖維復(fù)合材料的復(fù)合材料。每個支柱89由材料形成，其可以彎折并斷裂，或彎折、塑性變形然后斷裂。脆性面片材層32可包括第一az31-o鎂合金片材。脆性面片材層32可具有其他材料，諸如，薄玻璃片材、碳纖維或其他低斷裂韌性的復(fù)合材料、陶瓷或它們的組合。加強(qiáng)片材層34可由聚合物或其他材料形成，諸如，az61鎂合金、az91鎂合金或aek100鎂合金、鋁合金、復(fù)合材料或它們的組合。

參考圖13，在本發(fā)明的實(shí)例中，能量吸收芯層30'可包括鋁合金蜂窩體92。加強(qiáng)片材密封件85在加強(qiáng)片材層34與鋁合金蜂窩體92之間的加強(qiáng)界面91處形成。面片材密封件93在脆性面片材層32與鋁合金蜂窩體92之間的面片材界面94處形成，以防止水或其他污染物(像灰塵、電機(jī)用油等等)進(jìn)入鋁合金蜂窩體92。鋁合金蜂窩體92可具有充入鋁合金蜂窩體92的單元內(nèi)的液體、氣體、或液體和氣體的組合，以改變鋁合金蜂窩體92的能量吸收性能。例如，在鋁合金蜂窩體92中充入的加壓氣體可為鋁合金蜂窩體92提供初始剛度。當(dāng)脆性面片材層32斷裂并將加壓氣體從鋁合金蜂窩體92的單元中釋放時，鋁合金蜂窩體92的剛度可降低。通過密封鋁合金蜂窩體92以防止水或碎屑進(jìn)入，密封件85、93提供隨著時間更穩(wěn)定的能量吸收性能。例如，水、冰、雪和灰塵將在未密封的蜂窩體(未示出)中聚集，并加固包括鋁合金蜂窩體92的能量吸收芯層30'。

圖14描述了能量吸收芯層30”的實(shí)例的半示意性頂視圖。能量吸收芯層30”可包括具有第一抗壓強(qiáng)度的第一芯部60以及具有第二抗壓強(qiáng)度的第二芯部61，該第二抗壓強(qiáng)度比該第一抗壓強(qiáng)度大至少10％。第一芯部60可附接至脆性面片材層32，其類似于如在圖13中示出的能量吸收芯層30'的附接。第二芯部61也可附接至脆性面片材層32，其類似于如在圖13中示出的能量吸收芯層30'的附接。第一芯部60可與第二芯部61相鄰。

圖15描述了局部能量吸收器20”的另一實(shí)例的半示意性側(cè)視圖。在圖15描述的實(shí)例中，能量吸收芯層30”'包括晶格材料層21。在實(shí)例中，晶格材料層21可包括如在圖15中描述的聚合微桁架結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)例中，晶格材料層可由金屬、陶瓷或復(fù)合材料形成。脆性面片材層32'可包括第一片材35，該第一片材由聚對苯二甲酸乙二酯(pet)、金屬(例如鎂合金)、第一陶瓷材料、或其他脆性材料制成。加強(qiáng)片材層34'可包括第二片材36，該第二片材由聚對苯二甲酸乙二酯(pet)、金屬(例如鎂合金)、第二陶瓷材料、或其他合適的材料制成。第一陶瓷材料與第二陶瓷材料相比可以是相同的或不同的材料。例如，加強(qiáng)片材層34'可由易于粘合接合的輕質(zhì)材料制成。在一些實(shí)例中，加強(qiáng)片材層34'可為電絕緣體。

本文示出并且描述了位于車輛發(fā)動機(jī)罩12'上的局部能量吸收器20的實(shí)例。然而，局部能量吸收器20還可用于降低沖擊給物體(沖擊車輛10的其他外部面板或部分)的潛在作用。例如，且不限于，局部能量吸收器20可位于擋泥板、保險(xiǎn)杠或后頂蓋側(cè)板附近。局部能量吸收器20還可被用在頭盔12”(參見圖17)中，以降低在頭盔佩戴者43的頭部14”的沖擊的潛在作用。在足夠的沖擊載荷24下，發(fā)動機(jī)罩面板16或外殼74變形，且局部能量吸收器20從在圖3中示出的位置處向發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'或頭盔佩戴者43的頭部14”移動。在脆性面片材層32沖擊發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'之后，局部能量吸收器20發(fā)生變形并吸收一些沖擊載荷24的能量。

圖7a、7b和7c示出了來自如在圖3中示出在沖擊物體的沖擊中的能量吸收器的實(shí)例。斷裂之前，局部能量吸收器20可吸收來自沖擊的一些能量。當(dāng)斷裂時，局部能量吸收器通過打開多個支柱81的子集83中的新表面而耗散來自沖擊載荷24的能量。過量應(yīng)變能量在吸收器內(nèi)的累積導(dǎo)致在初始沖擊之后裂開，其然后將應(yīng)變能量耗散成斷裂蔓延。在斷裂期間耗散的能量進(jìn)一步防止或最小化由發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'施加在沖擊物體25上的反作用力。斷裂90可以沿著支柱89(參見圖7c和圖8b)發(fā)生，使得由局部能量吸收器20耗散的大部分能量通過支柱89耗散。斷裂33也可以發(fā)生在脆性面片材層32中。

圖1-3所示的局部能量吸收器20示出為金屬材料，諸如鋁、鎂或其合金。然而，局部能量吸收器20可以由本文所述的其他材料形成。例如，局部能量吸收器20可以由高溫聚合物形成。如本文所用，高溫聚合物在高于150℃至最高200℃的溫度下保持其性能。高溫聚合物的實(shí)例是聚酰胺(例如，)、聚苯硫醚(pps)和聚醚砜(pes)。

在局部能量吸收器20的一些構(gòu)造中，多個支柱81從彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗔炎冃?，基本無塑性變形。這可以減小使用公式1確定的值，其由沖擊物體25傳遞的沖擊載荷24產(chǎn)生。如果局部能量吸收器20由鎂或鎂合金形成，則與局部能量吸收器20由鋁形成的情況相比，脆性面片材層32和加強(qiáng)片材層34可以在彈性變形和斷裂變形之間更直接地移動。鎂合金在彈性變形和斷裂之間可能經(jīng)歷非常小的塑性變形，但通常會經(jīng)歷一些塑性變形。

圖16是與對無局部能量吸收器的發(fā)動機(jī)罩的類似沖擊相比較，沖擊物體25對包括根據(jù)本發(fā)明的局部能量吸收器的車輛發(fā)動機(jī)罩的沖擊的減速度-時間圖。在圖16中，橫軸101表示以毫秒(ms)為單位的時間，縱軸100表示以g為單位的減速度。不受任何理論的束縛，據(jù)信，本文所公開的能量吸收器20的實(shí)例允許在減小沖擊物體25經(jīng)歷的最大減速度的同時吸收沖擊能量。由于吸收的能量與隨時間積分的減速度直接相關(guān)(在公式1中的減速曲線下的面積)，由軌跡102描繪的現(xiàn)有能量吸收器(其在約5.5ms處開始塑性變形)在沖擊中未能足夠早地吸收足夠的能量，以防止減速度在約12ms處爬升到峰值。據(jù)信，在沒有能量吸收器的情況下，發(fā)動機(jī)罩在約9ms處觸底(即接觸發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14')，導(dǎo)致當(dāng)沖擊物體25在沖擊載荷下開始彈性變形時減速度增加。發(fā)動機(jī)艙內(nèi)物體14'相對剛性，產(chǎn)生相對于時間的急劇減速曲線，如軌跡102所示。與此形成鮮明對比的是，在軌跡103中描繪的本發(fā)明的局部能量吸收器20在沖擊事件發(fā)展的早期(高達(dá)約5.5ms)吸收能量，其早于軌跡102。在約5.5ms處，脆性面片材層32開始斷裂。斷裂消耗來自沖擊的能量。由于能量吸收層中的彈性和/或塑性變形以及由于支柱和脆性片材中的彈性和/或塑性變形和斷裂，局部能量吸收器20繼續(xù)吸收能量。一些支柱的逐漸倒塌還用于在更寬的時間間隔上分配能量吸收和耗散，從而減小峰值減速度。在該階段期間的減速度低于軌跡103的早期部分，在該早期部分支柱彈性反作用于沖擊載荷。結(jié)果，與本發(fā)明的局部能量吸收器20相關(guān)聯(lián)的軌跡103中的峰值減速度低于與無局部能量吸收器20的發(fā)動機(jī)罩相關(guān)聯(lián)的軌跡102的峰值減速度。此外，相對于減速軌跡102，與本發(fā)明的局部能量吸收器20相關(guān)聯(lián)的軌跡103在沖擊中較早出現(xiàn)峰值減速度。

圖17和18示出了本發(fā)明的實(shí)例，其中蓋12是頭盔12”。頭盔佩戴者43的頭部14”以虛線示出。圖18示出了基本上沿著圖17的線18-18截取的橫截面圖。如圖17所示，頭盔12”包括具有面向頭部14”的內(nèi)表面18'和與內(nèi)表面18'相對的外表面19'的外殼74。局部能量吸收器20例如通過接合件22可操作地附接至頭盔12”的外殼74的內(nèi)表面18'。在一實(shí)例中，粘合劑層71可以設(shè)置在局部能量吸收器20和頭盔12”的內(nèi)表面18'之間，以通過粘合劑接合將局部能量吸收器20附接至頭盔12”的內(nèi)表面18'。在其他實(shí)例中，局部能量吸收器20可以通過卡扣配合或緊固件(未示出)附接。

接合件22可以是，例如但不限于，粘合劑接合件或焊接接合件。局部能量吸收器20可以附接至內(nèi)表面18'，或者設(shè)置在內(nèi)表面18'和頭盔佩戴者43的頭部14”之間。在本發(fā)明的一些實(shí)例中，頭盔12”可以包括外殼74和頭盔襯墊75。外殼74可以具有外表面19'，其是從頭盔12”的外部可見的表面。頭盔襯墊75可以由堅(jiān)韌但柔軟的材料構(gòu)成，例如織物。在另一實(shí)例中，頭盔襯墊75可以是鋁層。在實(shí)例中，可以將局部能量吸收器20限定在頭盔襯墊75和內(nèi)表面18'之間。

局部能量吸收器20被配置為吸收由沖擊載荷24諸如從沖擊物體25傳遞到頭盔12”的外表面19'的能量。沖擊載荷24表示為箭頭，且僅是說明性的。沖擊的方向和類型可變化，且引起沖擊載荷24的沖擊物體25可變化。

如果在外殼74和頭部14”之間未設(shè)置局部能量吸收器20，則沖擊載荷24可以使外殼74變形，直至外殼74與頭部14”接觸。然而，局部能量吸收器20將在外殼74與頭部14”接觸之前開始變形并耗散來自沖擊載荷24的能量，從而減小由沖擊施加的力。局部能量吸收器20耗散沖擊載荷24的方式可使用以下的公式1來量化。在沒有局部能量吸收器20的情況下，沖擊物體25經(jīng)歷的峰值載荷更高，并且當(dāng)沖擊物體25使頭盔12”變形時，(通過頭盔12”)吸收的能量較少。

如圖18所示，脆性面片材層32面向頭部14”，附接至能量吸收芯層30。在一實(shí)例中，局部能量吸收器20可以具有設(shè)置在能量吸收芯層30和脆性面片材層32之間的粘合劑層72，以通過粘合劑接合將脆性面片材層32附接至能量吸收芯層30。類似于在圖4中描繪的實(shí)例，在圖18所示的實(shí)例中，局部能量吸收器20的實(shí)例可以包括或可以不包括粘接層72。此外，類似于本文公開的能量吸收器20的其他實(shí)例，18中描述的局部能量吸收器20可以包括支柱89和加強(qiáng)片材層34。

在整個說明書中對“一實(shí)例”、“另一實(shí)例”、“實(shí)例”等的引用意味著結(jié)合該實(shí)例描述的特定元件(例如特征、結(jié)構(gòu)和/或特性)被包括在本文描述的至少一實(shí)例中，并且可以存在或可以不存在于其他實(shí)例中。另外，應(yīng)當(dāng)理解，除非上下文另外明確指出，否則用于任何實(shí)例的所描述的元件可以以任何合適的方式在各種實(shí)例中組合。

應(yīng)當(dāng)理解，本文提供的范圍包括所述范圍以及所述范圍內(nèi)的任意值或子范圍。例如，從約3ms至約36ms的范圍應(yīng)當(dāng)被解釋為不僅包括從約3ms到約36ms的明確記載的范圍，而且包括單獨(dú)的值(諸如5ms，10ms，15ms等)以及子范圍(諸如從約10ms至約18ms；從約15ms至約19.5ms等)。此外，當(dāng)“約”用于描述值時，這意味著包括所述值的微小變化(最高+/-10％)。

此外，術(shù)語“使連接/被連接/連接”、“附接”和/或類似形式在本文中被廣泛地定義為包括各種發(fā)散連接的布置和組裝技術(shù)。這些布置和技術(shù)包括但不限于(1)其間沒有中間部件的一個部件與另一個部件之間的直接通信；和(2)其間有一個或多個部件的一個部件和另一個部件之間的通信，只要該一個部件“連接到”另一個部件即以某種方式與另一個部件操作性通信(盡管存在一個或多個附加部件)。

在描述和要求保護(hù)本文公開的實(shí)例時，除非上下文另有明確說明，否則單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)指示物。

雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了若干實(shí)例，但是應(yīng)當(dāng)理解，所公開的實(shí)例可以修改。因此，前面的描述被認(rèn)為是非限制性的。