[发明专利]一种泡沫金属填充仿竹夹芯圆管及其制备方法

说明书

本发明公开了轨道交通车辆安全防护领域的一种泡沫金属填充仿竹夹芯圆管及其制备方法，所述泡沫金属填充仿竹夹芯圆管呈竹筒状，包括嵌套的内管和外管，内管和外管之间填充有泡沫金属，外管侧壁上以外管中部为中心对称设有仿生节。本方案的圆管设计为竹筒状，利用仿生节的局部加强作用提高结构承载能力和稳定性，确保在车辆碰撞时有效地分散荷载、进一步达到缓冲的目的；且内外管嵌套并填充泡沫金属的方式，实现圆管轻量化的同时，利用泡沫铝的填充效应改善内外圆管的变形模式、增强能量吸收能力，确保仿竹圆管在车辆碰撞时拥有较高的比吸能和能量吸收效率，提升轨道车辆的被动安全防护性能。

技术领域

本发明属于轨道交通车辆被动安全防护领域，具体是一种泡沫金属填充仿竹夹芯圆管及其制备方法。

背景技术

目前用于轨道交通车辆的吸能装置，其主要功能在于：当车辆发生不可避免的碰撞时，通过车端吸能装置的塑性变形和破坏来吸收碰撞能量，避免列车运动姿态往更恶劣的方向发展，确保列车司机室和乘员生存空间不发生更大的破坏，最大程度地保护司乘人员的人身安全，尽可能地减小碰撞事故带来的损失。现有的轨道车辆吸能装置大多为金属薄壁结构，包括轴向压溃式、横向弯曲式、膨胀式、劈裂式、切削式等，通过稳定可控的变形方式耗散碰撞能量，以达到缓冲列车纵向冲击的目的。

公布号为CN102521449A的专利公开了一种轴对称变形矩形管状吸能装置的设计方法，包括根据数学模型确定矩形管状吸能装置的材料及尺寸；根据【1)减小所述矩形管状吸能装置的长度；2)在所述矩形管状吸能装置轴向上增设活动支承；3)在所述矩形管状吸能装置径向增设加强筋；】中至少一种对所述矩形管状吸能装置的弯曲刚度进行增强；在矩形管状吸能装置轴向上增设活动支承；在矩形管状吸能装置径向增设加强筋。

该专利提出了关于轨道车辆薄壁方管的设计方法，能够为制造轨道车辆薄壁方管提供技术指导，虽然轨道车辆薄壁方管具有结构较轻、制造难度较低的优点，但是轨道车辆碰撞具有冲击能量大、速度高等特点，单个薄壁方管的能量吸收能力有限，会由于冲击能量较大、受力面积不均匀而出现抗压强度较低、承载能力不足、轴向变形失稳等问题。因此，我们基于竹筒的能量吸收特性提出了一种泡沫金属填充仿竹夹芯圆管及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫金属填充仿竹夹芯圆管及其制备方法，利用仿竹结构轻量化、承载能力强、吸能效率高配合圆管受力均匀、变形稳定等优点制备的仿竹夹芯圆管，以解决现有技术中轨道车辆薄壁方管因受力面积不均匀导致承载能力弱、吸能效率低，且加工成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种泡沫金属填充仿竹夹芯圆管，所述圆管呈竹筒状，包括嵌套的内管和外管，内管和外管之间填充有泡沫金属，外管侧壁上以外管中部为中心对称设有仿生节。

采用上述方案后实现了以下有益效果：

1.本方案利用圆管受力面积较方管大，且受力更均匀的特点，使得仿竹夹芯圆管相较于方管稳定性更好、承载能力更高、抗压性更强，能够在车辆碰撞时吸收更多的冲击能量，以最大程度保护司乘人员的人身安全，尽可能地减小碰撞事故带来的损失；

2.本方案圆管设计为竹筒状，利用仿生节的局部加强效应，能够有效地分散冲击荷载，避免结构失稳，确保在车辆碰撞时进一步达到缓冲的目的；

3.本方案采用内外管嵌套并填充泡沫金属的方式，使得圆管轻量化，并利用泡沫铝的填充效应改善内外圆管的变形模式、增强能量吸收能力，确保仿竹圆管在车辆碰撞时拥有较高的比吸能和能量吸收效率，提升轨道车辆的被动安全防护性能。

进一步，内管和外管均采用铝合金材料制备。

有益效果：利用铝合金材料轻质高强的优点制备仿竹夹芯圆管，使得仿竹夹芯圆管轻量化和高强度，能够在车辆碰撞时吸收更多的碰撞能量，起到了缓冲作用，提高了轨道车辆的被动安全性能，减小碰撞事故带来的损失。

进一步，内管和外管之间填充的泡沫金属采用泡沫铝。