[发明专利]一种薄壁吸能装置

说明书

技术领域

本发明属于车辆碰撞冲力的阻尼配件技术领域，具体涉及车辆被动撞击时的一种薄壁吸能装置。

背景技术

交通工具在碰撞事故中的抗撞性是被动安全性分析中的一个关键环节，金属薄壁结构因具有良好的抗撞吸能特性，被广泛地应用到汽车、船舶、航天等各个领域。目前的汽车、船舶、飞机等行业中的抗撞吸能结构设计中，一般采用光滑表面的金属薄壁圆截面筒或方截面筒。

金属薄壁吸能构件主要是通过塑性变形来耗散激烈碰撞产生的冲击动能，实际碰撞事故中，往往有多种破坏模式或者多种变形模式混杂在一起，例如，飞机和汽车的薄壁结构在撞击载荷作用下发生破坏，可能同时发生塑性扭转、塑性弯曲、塑性屈曲、生成裂纹、裂纹扩展、断裂和被穿透，不同的部位可能发生不同的破坏模式，每次撞击部位不同，载荷不同，发生的破坏形式和程度大相径庭，具有不可预测和不易控制的特征。

理想的碰撞吸能盒需要满足如下条件：

高比吸能率，即碰撞吸能盒所吸收的最大能力与其自身重量的比值要高；

低载荷均匀性系数，即碰撞吸能盒在受撞击过程中传递给车厢结构的最大载荷与整个变形过程中传递的平均载荷的比值要低；

稳定性高，优良的抗撞结构应当以稳定的破坏模式和可控的方式通过结构本身的塑形变形，尽可能地将碰撞动能不可逆地转换为抗撞结构的变形势能，从而达到吸收动能，降低冲击速度，增大被动安全性。

传统上，由钢或铝合金加工成的薄壁方管或圆管被广泛用作碰撞吸能盒，这种吸能盒的主要问题在于它们的初始屈服载荷远远高于其屈服后的承载力，即在受到撞击过程中，它们会把一个很大的初始峰值载荷传递给汽车纵梁，从而对纵梁造成永久性损害。方管的比吸能率较其他截面形式的低，而圆管的加工和安装较为不便，传统的吸能结构尚未达到较好的效果。

为了提高碰撞吸能盒的比吸能率，对碰撞吸能盒的截面形式做了诸多形式的改进。专利号为EP1923273(A1)，发明名称为“Impact Absorption Member for Vehicle”的发明专利，吸能盒的截面如图1所示。弯曲的截面可以保证稳定的破坏模式和可控的塑性变形，专利同样存在初始屈服载荷过大的问题。

又如申请号为CN200910013553.X，发明名称为“一种折痕式碰撞吸能盒”的发明专利，引入折痕纹路的薄壁管件作为碰撞吸能盒，通过该折痕纹路引导碰撞变形段的最终变形模式。其技术方案为：在一个薄壁管沿轴向分为若干模块，在每一个模块的每个角部区域，分别沿轴向每间隔一定距离有一个钻石型凹角。从而形成有折痕纹路的薄壁管件。

比吸能率和载荷均匀性系数是两个此消彼长的参数，寻求两参数的平衡点以达到吸能盒最优化性能，是吸能盒设计的终极目标。

发明内容

本发明目的在于提供一种薄壁吸能装置，同时满足高比吸能率和低载荷均匀性系数的要求，吸能装置可以提高交通工具中广泛应用的薄壁吸能结构在发生被动碰撞时的变形可控制性和吸收冲击动能的性能，从而改善交通工具的被动安全性能。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种薄壁吸能装置，所述吸能装置为薄壁管结构，所述吸能装置包括多个结构和尺寸相同的筒体结构吸能单元，吸能装置由吸能单元沿筒体中心轴线方向串联而成，其改进之处在于所述吸能单元的内表面为正n边形柱体，每一个棱柱面构成吸能单元的一个吸能体，所述吸能体的外表面为金字塔型波纹结构；

所述吸能体为向外侧凸起的金字塔结构，所述吸能体底面平行于所述薄壁管中心轴，所述吸能体顶点A向底面的投影点与底面的中心点重合，两相邻吸能体底面的夹角为所述吸能单元高度处垂直于薄壁管中心轴的横截面，内横截面为边长为a的正n边形，所述内横截面内接于半径为r的圆；外横截面为边长为b的正n边形，所述外横截面外切于半径为r的圆；

本发明的另一优选技术方案为：所述吸能装置为薄壁圆管结构。

本发明的再一优选技术方案为：所述吸能单元沿薄壁管中心轴方向的高度为h。

本发明的又一优选技术方案为：所述吸能单元的内表面为正11边形柱体，所述吸能单元的高度h为70.38±2mm，所述吸能单元内表面的外切圆柱半径r为40.16±1mm。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)破坏模式稳定、安全性提高