[發(fā)明專利]一種基于多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)的多級(jí)安全防撞梁總成

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710065664.X
• 申請(qǐng)日: 2017-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN106828381B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃毓;高仁璟;程凱;劉家祺;趙劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B60R19/34
• 分類號(hào): B60R19/34;B60R19/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發(fā)明提供一種基于多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)的多級(jí)安全防撞梁總成，包括弧形防撞橫梁、吸能盒和安裝板，弧形防撞橫梁的兩端分別與吸能盒相連接，吸能盒與安裝板相連接；弧形防撞橫梁和吸能盒內(nèi)部填充有多層級(jí)多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)，弧形防撞梁、吸能盒和安裝板組成的整體結(jié)構(gòu)為具有穩(wěn)定構(gòu)型的防撞梁總成。本發(fā)明引入具有特定多穩(wěn)態(tài)力學(xué)特性的變尺度多穩(wěn)態(tài)單胞陣列結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵填充材料，使防撞梁和吸能盒的整體和局部結(jié)構(gòu)都具有多穩(wěn)定構(gòu)型變換能力，并且借助層級(jí)尺度遞變特性實(shí)現(xiàn)由柔變剛的功能，在不同的碰撞等級(jí)載荷作用下通過不同穩(wěn)定構(gòu)型之間切換將外界沖擊能轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨碜冃文埽贿M(jìn)行變形傳遞，有效抑制和阻隔變形向車輛其它部位傳遞，并減緩碰撞強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛碰撞安全與智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)的多級(jí)安全防撞梁總成。

背景技術(shù)

防撞梁是汽車車身的重要組成部分，在“低速碰撞”和“行人保護(hù)”兩方面起著關(guān)鍵性的作用，因而如何改善其抗撞性能(如傳力性能、吸能效率和強(qiáng)度等)是汽車被動(dòng)安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題。目前的防撞梁主要采用不同的單一截面形狀(矩形、三角形)或填充蜂窩材料(六邊形或八邊形蜂窩結(jié)構(gòu))的方法增大其緩沖及吸能能力。實(shí)際上，事故傷亡統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，在低速碰撞過程中防撞梁更需要吸收沖擊能量和撞后變形恢復(fù)功能以保護(hù)行人或駕乘人員生命安全，同時(shí)能夠抑制變形的傳遞路徑防止擠壓發(fā)動(dòng)機(jī)或油路系統(tǒng)而引發(fā)二次事故。另外，在高速碰撞過程中需要將沖擊力合理導(dǎo)向車架并分散給整個(gè)車身，避免車體局部區(qū)域變形過大而導(dǎo)致乘客傷亡。因此，需要在防撞梁設(shè)計(jì)中既考慮沖擊吸能特性，又要考慮力和變形的傳遞路徑問題。

現(xiàn)有的防撞梁普遍采用矩形橫梁填充蜂窩材料或泡沫材料的方式來提升整體結(jié)構(gòu)的吸能特性，但在變形和沖擊力的抑制或引導(dǎo)方面較為欠缺。例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01510076507X的發(fā)明專利給出了一種橫梁內(nèi)部填充有多空件的防撞橫梁結(jié)構(gòu)，單胞結(jié)構(gòu)為六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，盡管該填充材料有效增加了防撞梁的抗彎剛度，但同時(shí)也會(huì)增加行人碰撞的傷害系數(shù)；申請(qǐng)?zhí)枮?01610606876X的發(fā)明專利給出了一種截面為目字形的防撞橫梁和8字形截面吸能盒總成結(jié)構(gòu)，但分析其力學(xué)特性可以發(fā)現(xiàn)，橫梁碰撞變形將直接向后傳遞至吸能盒，并由吸能盒傳遞給車身進(jìn)而造成二次傷害隱患，并且橫梁剛度仍然很大不利于碰撞行人保護(hù)；申請(qǐng)?zhí)枮?016106068609的發(fā)明專利給出的防撞梁為空腔式結(jié)構(gòu)，無法撞后實(shí)現(xiàn)變形恢復(fù)；申請(qǐng)?zhí)枮?016107502031的發(fā)明專利給出了一種在導(dǎo)柱上布置彈簧的汽車吸能防撞梁，由于在防撞梁上額外增加了螺栓連接盤、導(dǎo)柱和彈簧等部件，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，并且導(dǎo)柱剛性的碰撞危害性更大。再如，論文“泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)防撞梁耐撞性仿真研究”(兵器材料科學(xué)與工程.36(6)，2013.11.)也驗(yàn)證了泡沫填充結(jié)構(gòu)可以有效提升原型防撞梁的屈服力和吸能特性，但填充結(jié)構(gòu)的功能僅限于提升抗彎曲能力，而對(duì)于行人保護(hù)和變形引導(dǎo)與自恢復(fù)方面存在欠缺。文獻(xiàn)綜合調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的汽車防撞梁總成難以同時(shí)滿足行人保護(hù)、低速碰撞吸能和高速碰撞變形傳遞的應(yīng)用需求。因此，需要設(shè)計(jì)既剛又柔，且具有高吸能特性和變形引導(dǎo)與抑制的新型防撞梁總成。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有汽車防撞梁總成在行人保護(hù)、低速碰撞吸能和高速碰撞變形傳遞等方面存在的問題，而提供一種與現(xiàn)有防撞梁總成填充結(jié)構(gòu)和功能完全不同的新型防撞梁總成，即一種基于多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)的多級(jí)安全防撞梁總成。本發(fā)明主要包括弧形防撞橫梁、多穩(wěn)態(tài)吸能盒和安裝板，首次引入具有特定多穩(wěn)態(tài)力學(xué)特性的變尺度多穩(wěn)態(tài)單胞陣列結(jié)構(gòu)作為弧形防撞橫梁和吸能盒的填充材料，且弧形防撞橫梁本身具有雙穩(wěn)態(tài)特性。通過不同層級(jí)結(jié)構(gòu)的尺度遞變和多個(gè)穩(wěn)定構(gòu)型變換來達(dá)到高效吸收沖擊能、局部變形引導(dǎo)與抑制和行人保護(hù)的性能需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種基于多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)的多級(jí)安全防撞梁總成，其特征在于：包括弧形防撞橫梁、吸能盒和安裝板，所述弧形防撞橫梁的兩端分別與所述吸能盒相連接，所述吸能盒與所述安裝板相連接；所述弧形防撞橫梁和所述吸能盒內(nèi)部填充有多層級(jí)多穩(wěn)態(tài)單胞結(jié)構(gòu)，所述弧形防撞梁、所述吸能盒和所述安裝板組成的整體結(jié)構(gòu)為具有穩(wěn)定構(gòu)型的防撞梁總成。