[发明专利]一种双重仿生汽车底盘防护系统及其设计方法

说明书

本发明公开了一种双重仿生汽车底盘防护系统及其设计方法，通过龟壳盾片的拓扑仿生设计一种外防护系统，对龟壳盾片的形状、角度、结构组成等进行仿生设计，使底盘防护系统具有更好的爆炸冲击能量转移性能；建立轴向梯度双箭头型仿生负泊松比结构将双箭头型仿生负泊松比结构用于内防护层结构设计，使内防护层具有更好的爆炸冲击能量吸收性能、耐久性和降低重量；建立双重仿生汽车底盘防护系统的自适应参数化模型，通过对爆炸损伤机理的研究提出新型汽车仿生防护系统的快速优化设计方法，对内防护层厚度、外防护层厚度、负泊松比结构的梯度及微观结构设计参数进行优化设计，从而进一步提高新型双重仿生防护系统的防爆炸性能。

技术领域

本发明属于汽车被动安全技术领域，具体涉及一种双重仿生汽车底盘防护系统及其设计方法。

背景技术

汽车特别是装甲汽车的底盘防护对于汽车的被动安全性具有非常重要的意义，当汽车遇到地雷等爆炸冲击时，需要尽可能的减少爆炸能量向汽车底盘侧的传递，如果底盘防护系统阻断的传递能量较少，将对车内的人员安全造成极大影响，甚至造成死亡，因此底盘防护系统设计的好坏对于装甲车的安全具有重要意义。

汽车底盘防护系统在遭受到底部爆炸等冲击时主要通过转移和吸收爆炸能量来阻断冲击能量向汽车车体的传递。传统汽车底盘防护系统主要通过采用高强度钢护板和增加钢板厚度来提升防护系统对冲击能量的隔断，该方法不能很好的吸收爆炸能量，且容易产生较大的变形，防护效果差，不能对汽车进行很好的防护。装甲车研究机构和生产厂家提出了一种V型装甲车防护系统，V型防护系统的角度大约为20°，与传统平板式钢板防护板相比，V型防护系统可以使爆炸冲击波的能量偏转扩散，减少传递到乘员室的能量，提升汽车底盘防护系统的抗击力，同时还可以降低由爆炸冲击波而导致的巨大颠簸，从而减少乘员伤亡。但是由于V型结构的拓扑形状和材料的限制，系统质量过重，且当爆炸冲击能量较大，V型防护系统仍存在着不能有效转移和吸收爆炸能量的问题，不能很好地对装甲车乘员提供保护。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的汽车防护系统在遭遇爆炸冲击时转移和吸收冲击能量有限，不能有效的保护乘员和质量过重等不足，本发明提供一种双重仿生汽车底盘防护系统及其设计方法，可广泛应用于不同装甲车的底盘防护系统设计中。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双重仿生汽车底盘防护系统及其设计方法，包括内防护层、外防护层、双箭头型仿生负泊松比结构防护系统。防护系统通过螺栓与汽车底盘连接在一起，当汽车不需要防护时，通过螺栓拆除防护系统。外防护层、内防护层和双箭头型仿生负泊松比结构防护系统的曲面形状和大小一致，三者粘贴在一起，外表形状基于龟壳盾片的拓扑结构仿生设计，外防护层在底盘防护系统的最外表面。外防护层由铝合金等具有高塑性材料的金属组成，内防护层由抗疲劳与加工性良好的编织纤维复合材料组成，双箭头型仿生负泊松比结构基于人体骨骼肌仿生学设计原理进行设计，其由支撑加强结构、负泊松比结构和填充泡沫组成，负泊松比结构单元在三个方向排列，且双箭头型仿生负泊松比结构在防护系统的轴线上梯度分布。

一种双重仿生汽车底盘防护系统的设计方法，包括以下步骤：

1)利用Bezier曲面设计仿龟壳盾片形状的底盘防护系统；基于龟壳盾片在转移冲击能量方面的仿生学原理，综合考虑防护系统的功能实现和重量限制，通过借鉴其形状、结构和功能原理，利用Bezier曲面设计仿生外防护系统中单元盾片的拓扑形状、数量、排列方式及整体防护系统的三维曲率，优化内外防护系统的能量分配以及各防护层之间的连接关系(采用焊、粘、铆或其他方式)；增强汽车底盘仿生外防护层的爆炸冲击能量转移性能，降低底盘内防护层的能量吸收要求，从而显著提升汽车底盘结构的完整性和降低车内乘员的受伤几率，同时有效降低外防护系统的重量。