[發明專利]一種表面納米技術局部處理的薄壁吸能管

有效

• 申請號: 201310514765.2
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103625400A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 徐新生;李澄;林志華;洪衛芳;孫家斌;周震寰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B60R19/02
• 分類號: B60R19/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于汽車碰撞技術領域，涉及到一種局部表面納米技術處理的薄壁吸能管。

背景技術

撞擊問題是交通運輸及施工工程中的常見問題，在事故中保障人員和關鍵部件的安全一直是非常重要的問題。合理的能量吸收是有效的措施之一。薄壁結構具有易吸收受沖擊時的能量，且吸收能量多和低成本的優點，因此薄壁結構是廣泛運用的吸能裝置中主要吸能結構。

理想的吸能管應具有比吸能率高，載荷均勻性系數低和穩定性條件。而比吸能率和載荷均勻系數是在數值上是此消彼長的。

如發明名稱為“一種折痕式碰撞吸能盒”，專利號為“CN200910013553.X”，該專利中的吸能盒引入折痕紋路，通過折痕紋路誘導碰撞后的屈曲變形模式。由于這種吸能盒采用預制初始缺陷的方法，存在結構穩定性問題且不能保持結構外觀好的平整度。

又如發明名稱為“一種級聯式載荷緩沖吸能裝置”，專利號為“CN201210305392.3”，采用金屬圓管或方管組合成一級緩沖單元，由二到三個這樣的不同材料的緩沖單元相互交錯放置而成，提高了緩沖行程利用率。由于緩沖單元的壘放，在沖擊下存在整體穩定性問題，達不到單個金屬管吸收能量較多的效果。

又如發明名稱為“一種橫隔板加強的薄壁能量吸收管”，專利號為“CN201210188154.9”，該專利中起加強作用的橫隔板在薄壁管內部按一定間距排列。通過增加約束條件，抑制薄壁管的非緊湊變形模式，使得薄壁結構在軸向沖擊壓縮下產生漸進穩定變形模式。由于薄壁能量吸收管增加了附加內置結構并與薄壁管精密連接，給加工工藝帶來難度。沒有涉及利用薄壁管材料的局部性能改變對屈曲模態的影響。

隨著納米技術的發展，納米技術在材料表面處理中得到了應用。如發明名稱為“Method?and?device?of?enhancing?diffusibility?of?metallic?surfaces?and?applications?thereof”專利號為“US20110252850.A1”,該專利通過一種裝置增加材料表面的擴散性。處理過的材料，由于材料尺寸減小僅限于納米尺寸，使得材料內原子位錯的滑動受到了限制，從而提高了材料硬度和強度等部分力學性能。表面納米技術處理的金屬板材整體的力學性能主要表現為：隨著孿晶間距的變小，屈服應力逐步提高，甚至達到原材料的4倍以上，然后降低。因此，孿晶間距作為表面納米技術處理程度的一個主要指標。表面納米技術能用于對薄板或薄殼局部處理。這種表面納米技術尚未應用于吸能結構和裝置。

發明內容

本發明的目的是：改變傳統的預制壓痕、初始形狀和附加結構設計吸能結構的思路，提出一種表面納米技術局部處理的薄壁吸能管設計方法。通過在薄壁管表面分片局部納米技術處理和改變吸能薄壁管局部力學性能，達到薄壁管在受沖擊下的變形向吸收能量多的屈曲模態發展，從而實現提高吸能效果；通過在薄壁管表面進行針對性的分片和分區段局部表面納米化，誘導薄壁管不同區段的屈曲變形以及發展路徑，實現薄壁管在受沖擊下分區段吸能，以及根據不同的載荷沖擊和沖擊次數，達到薄壁管多次吸能效果。以下表面納米技術簡稱為表面納米化或納米化。

本發明的技術方案是：一種表面納米局部處理的薄壁吸能薄壁管，薄壁管的材料采用低碳鋼、不銹鋼、鎂合金、鋁合金、鈦合金或其它金屬材料，壁厚均勻。薄壁管的局部表面經過了表面納米化增強技術處理。納米化的表面采用薄壁管的外表面，內表面或內外對應的兩個表面。

所述表面納米局部處理的薄壁管截面形狀采用圓形或正方形。表面納米局部處理的薄壁管壁厚為0.3mm到3mm。正方形截面薄壁管的截面邊長與管長比例關系為1比3到1比6；圓形截面薄壁管的截面直徑與管長比例關系為1比2到1比4。

所述納米技術處理的局部表面分布采用沿薄壁管軸向間隔條帶狀，環向間隔條帶狀或間隔片狀。根據需求，采用相鄰的表面納米化條帶狀和未表面納米化條帶狀相同寬度或不同寬度；采用表面納米化片狀表面積與未表面納米化表面積相等或不等。納米化的單個局部表面形狀的設計包括條帶狀，圓形或多邊形。正方形截面的薄壁管對邊采用相同的局部表面納米化形狀布局；薄壁管相鄰兩邊的表面采用相同的局部表面納米化形狀布局或不同的局部表面納米化形狀布局。