[发明专利]一种基于多工况的混合梯度笼式吸能结构及其加工方法

说明书

本发明公开一种基于多工况的混合梯度笼式吸能结构及其加工方法，该笼式吸能结构包括沿X向、Y向、Z向依次排列的笼式胞元体以及用于将X向、Y向上相邻两个笼式胞元体连接的连接臂；其中，所述笼式胞元体是由空间垂直且上端面与下端面均沿中心线交叉重叠设置的两个相同结构的正六边形构成，使笼式胞元体的顶面和底面均为十字交叉结构，四个侧壁为V型结构；所述连接臂包括等壁厚连接臂、变壁厚连接臂；该吸能结构在斜向冲击时吸能效果好，碰撞时初始峰值低。

技术领域

本发明属于汽车用吸能结构领域，具体涉及一种基于多工况的混合梯度笼式吸能结构及其加工方法。

背景技术

碰撞安全是汽车极为重要的性能，目前汽车研发中愈发重视围绕汽车碰撞的安全性设计，因此对机动车辆的被动安全性提出了更高的要求，已成为国内汽车研究的重点及热点。工程师多对碰撞结构进行优化设计，或者以泡沫铝作为填充材料，通过改进零部件的结构设计实现碰撞吸能，但设计性有限，对耐撞性的提升有限。

近几年，多胞材料逐渐走进工程领域，不同的微元胞设计使设计空间被丰富，可以实现性能控制，并且具有优异的吸能能力。中国专利CN210597144U公开了“一种泡沫铝缓冲吸能防撞护栏端头”，其中，泡沫铝是一种新型金属材料，材料中含有丰富的泡沫气孔，当泡沫铝承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得泡沫铝具有优异的冲击能量吸收特性，由于泡沫铝材料本身的内部结构不具备设计性；因此，在均匀蜂窝结构的基础上提出了纵向梯度蜂窝结构，改善了轴向冲击时碰撞吸能性能，如中国CN105398099A公开了“一种梯度蜂窝复合体及其制作方法和应用结构”，由于纵向梯度蜂窝结构在受到梯度方向的冲击载荷时，能够吸收更多的能量，因此提高了结构的耐撞性能；但在汽车实际碰撞中，轴向冲击为理想状态，碰撞总是伴随着角度，而现有吸能结构只关注了轴向冲击下的能量吸收，在斜向冲击时，碰撞吸能的效果下降明显。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种基于多工况的混合梯度笼式吸能结构，以解决现有吸能结构在斜向冲击时吸能效果不好，碰撞时初始峰值高的技术难题。

为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于多工况的混合梯度笼式吸能结构，包括沿X向、Y向、Z向依次排列的笼式胞元体以及用于将X向、Y向上相邻两个笼式胞元体连接的连接臂；其中，所述笼式胞元体是由空间垂直且上端面与下端面均沿中心线交叉重叠设置的两个相同结构的正六边形构成，使笼式胞元体的顶面和底面均为十字交叉结构，四个侧壁为V型结构；所述连接臂包括等壁厚连接臂、变壁厚连接臂；

所述笼式胞元体在Z向上被分为顶层笼式胞元体、中间层笼式胞元体、底层笼式胞元体；

所述顶层笼式胞元体顶面的壁厚与侧壁的壁厚相同，底面的壁厚为1/2侧壁的壁厚；所述中间层笼式胞元体顶面的壁厚与底面的壁厚均为1/2侧壁的壁厚；所述底层笼式胞元体顶面的壁厚为1/2侧壁的壁厚，底面的壁厚与侧壁的壁厚相同；

顶层笼式胞元体的底面与中间层笼式胞元体的顶面对接，中间层笼式胞元体的底面与另一中间层笼式胞元体的顶面或底层笼式胞元体的顶面对接，底层笼式胞元体的顶面与中间层笼式胞元体的底面对接；

沿X向设置的顶层笼式胞元体、中间层笼式胞元体及底层笼式胞元体中相邻的两个笼式胞元体的侧壁通过等壁厚连接臂连接，使X向相邻的四个笼式胞元体之间形成正六边形结构；沿Y向设置的顶层笼式胞元体、中间层笼式胞元体及底层笼式胞元体中相邻的两个笼式胞元体的侧壁通过等壁厚连接臂或变壁厚连接臂连接，使Y向相邻的四个笼式胞元体之间形成正六边形结构；