[发明专利]一种负泊松比结构吸能盒及其多目标优化方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车被动安全防护领域，具体涉及一种负泊松比结构吸能盒及其多目标优化方法。

背景技术

汽车在发生正面碰撞时，主要通过汽车前部吸能盒的压缩变形来尽可能吸收碰撞能量、降低碰撞产生的加速度、减小最大碰撞力以缓和冲击，从而降低对乘员的碰撞伤害以及减小车辆的维修费用。吸能盒一端连接到纵梁上，另一端与车辆前端保险杆横梁相连。目前常见吸能盒外形为方形结构，这种结构能够达到一定的吸能效果，但在碰撞时存在变形不够稳定、压缩不够彻底，从而导致不能最大限度地将能量吸收分解掉，导致部分能量会沿轴向传递给与之相连的纵梁上，造成纵梁的弯曲损坏进而导致发动机舱内的零件损坏，甚至会将能量传递到乘员舱内危急车内乘员的安全。

负泊松比结构材料在受到载荷作用时能够发生平稳和可控的压缩变形，使得它在能量吸收方面表现出更优异的性能，将负泊松比结构材料填充于常见吸能盒外壳中形成负泊松比结构吸能盒，从而能够很好地解决常见吸能盒在车辆发生碰撞时存在的变形不够稳定、压缩不够彻底所引起的碰撞能量吸收不充分的问题。

负泊松比结构吸能盒的能量吸收性能与负泊松比单胞结构的参数息息相关，不同几何参数的单胞结构构成的吸能盒的能量吸收性能也不相同，因此需要对负泊松比单胞结构进行优化设计，以达到进一步提高吸能盒的吸能效果的目的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述背景技术的不足，提出了一种负泊松比结构吸能盒及其多目标优化方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种负泊松比单胞结构，所述负泊松比单胞结构包括对称平行的两个底边，两个底边的同一侧均通过相连的第一斜边和第二斜边进行连接，且同一侧的第一斜边和第二斜边均向内倾斜；第一斜边、第二斜边和底边的厚度均为t，且0.6mm≤t≤1.2mm；第一斜边、第二斜边和底边的宽度均为b，且2.2mm≤b≤3mm；每条斜边与相邻底边的夹角为d，且55°≤d≤75°；两个底边的长度均为a，且12mm≤a≤16mm；两个底边间的垂直距离为h，且8mm≤h≤13mm。

进一步的，第一斜边、第二斜边和底边的厚度t为1.18mm；第一斜边、第二斜边和底边的宽度b为2.98mm；每条斜边与相邻底边的夹角d为56.1°；两个底边的长度a为14.71mm；两个底边间的垂直距离h为8mm。

一种基于上述负泊松比单胞结构的三维负泊松比结构内芯，包括一个以上的基础单元，所述基础单元包括两个负泊松比单胞结构，这两个负泊松比单胞结构的底边均相互正交，所述基础单元沿两个底边间的垂直距离h的两端延伸方向进行阵列排布，且所述基础单元沿两个底边的长度a的两端延伸方向进行阵列排布。

一种负泊松比结构吸能盒，其内部设置有上述三维负泊松比结构内芯，该种负泊松比结构吸能盒包括吸能盒盒体(1)、前安装板(2)和后安装板(5)，所述吸能盒盒体(1)一端与前安装板(2)相连，所述吸能盒盒体(1)另一端与后安装板(5)相连；所述前安装板(2)用于通过螺栓与汽车保险杆横梁连接，所述后安装板(5)用于通过螺栓与汽车车身的纵梁连接。

进一步的，所述吸能盒盒体(1)是截面为八边形的中空的棱柱形结构，所述吸能盒盒体(1)的整个表面包括上表面、下表面、左侧面、右侧面和斜侧面，所述上表面与下表面对称平行，所述左侧面与右侧面对称平行，且所述左侧面垂直于上表面，所述斜侧面共有四个，所述斜侧面分别位于上表面和右侧面之间、右侧面和下表面之间、下表面和左侧面之间、以及左侧面和上表面之间；

所述左侧面和右侧面上均对称设置有三条诱导槽一(41)，所述诱导槽一(41)位于所述吸能盒盒体(1)轴向长度的四等分点处；所述上表面设置有两条诱导槽二(42)，所述下表面设置有两条诱导槽三，所述诱导槽二(42)和诱导槽三相互对称，所述诱导槽二(42)位于相邻两个诱导槽一(41)在上表面投影位置的正中间，所述诱导槽三位于相邻两个诱导槽一(41)在下表面投影位置的正中间；所述诱导槽二(42)和诱导槽一(41)均为内凹状，所述诱导槽三为外凸状，且所述诱导槽一(41)、诱导槽二(42)和诱导槽三的深度均相同。