[實用新型]一種多胞金屬基碳纖維復合薄壁吸能結構

有效

• 申請號: 201820791774.4
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN212022561U
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 盈亮;蔣迪;高天涵;侯文彬;胡平
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B60R19/02
• 分類號: B60R19/02;B60R19/03;B60R19/34
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本實用新型提供一種多胞金屬基碳纖維復合薄壁吸能結構，所述吸能結構主要由金屬管或金屬基碳纖維復合管構成的外管與多根碳纖維管或金屬基碳纖維復合管構成的內管搭配組合成外管嵌套包裹內管的結構形式，多根所述內管的外壁之間通過粘接或金屬支架支撐的方式相互連接成多胞結構，所述多胞結構再通過粘接與所述外管的內壁相連接。本實用新型涉及的結構具有比吸能大、變形協調性與引導性強、設計方案靈活等優點，既可以降低吸能結構的重量，又可以提高吸能結構的碰撞安全性，有效實現汽車的安全與輕量化的目標。

技術領域

本實用新型涉及汽車制造與汽車碰撞安全等相關領域，尤其涉及一種多胞金屬基碳纖維復合薄壁汽車抗撞吸能結構。

背景技術

輕量化設計與碰撞安全性是汽車工業所追求的兩大永恒的目標，汽車的吸能結構既要滿足具有足夠的比吸能能力，又要滿足重量輕的特點，以達到節能減排的目標，所以其結構設計在汽車工業中尤為重要。汽車的抗撞吸能結構主要為連接在汽車前防撞梁上面的吸能盒，現目前，抗撞吸能結構的材料多數為單一金屬韌性材料制造而成，并基于同種材料進行結構尺寸優化；授權公告號為CN103878554B的發明專利公布了一種梯度化分配的薄壁吸能結構的加工方法，采用TRB板實現厚度梯度化加工，并通過優化吸能結構沿著軸向方向的厚度變化以達到最佳的比吸能值；授權公告號為CN105398099B的發明專利公布了一種全金屬梯度蜂窩復合體結構，通過優化每一個沿著z軸方向的六邊形單胞的壁厚，以達到最佳的吸能效果以及最輕的重量。上述由韌性金屬材料制造成的吸能結構雖然具有諸多優點，如變形協調性及引導性強、制造容易、成本低等，但是韌性金屬材料由于其密度較大，比吸能效果有限等缺陷，對汽車進一步的輕量化設計以及碰撞安全性的提升有著一定的限制作用。

現目前，新興的復合材料具有韌性金屬不具備的優勢。如熱固性碳纖維增強復合材料，由于其密度小、強度大等優點，被廣泛應用于航空航天與汽車領域。碳纖維吸能結構由于鋪層以及粘合的制造方法，在結構壓潰的過程中更容易發生材料內部的相互摩擦以及相互擠壓，所以具有較高的比吸能。授權公告號為CN104842593B的發明專利公布了一種具有多個連續半六邊形形狀蜂窩子件的碳纖維蜂窩結構制備方法，采用層合疊放并熱壓的方式制備全碳纖維芯材，克服了拉擠成形單件再粘接的復雜工藝，提供了簡單可行的碳纖維蜂窩芯材制備方法。然而，由于全碳纖維材料制成的吸能結構的變形協調性以及引導性相比由韌性金屬制成的吸能結構低。在設計車用抗撞薄壁吸能結構的時候，若將韌性金屬的優勢與碳纖維的優勢結合起來，制備一種金屬基碳纖維多胞結構，可以得到具有更大比吸能的抗撞結構，并提高其抗沖擊韌性，可以進一步兼顧并提升汽車輕量化與碰撞安全性的優勢。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種多胞金屬基碳纖維復合薄壁吸能結構及其制備工藝。本實用新型主要利用金屬或者金屬基碳纖維復合外管與多根碳纖維或金屬基碳纖維復合內管搭配組合的結構形式，內管之間通過粘結或金屬支架支撐的方式相互連接成多胞結構，再與外管內壁相連接，根據汽車碰撞的吸能需求配置不同的參數，從而實現不同參數配比具有不同的吸能效果，結構輕便，變形協調性與引導性強、設計方案靈活等優點。

本實用新型采用的技術手段如下：

一種多胞金屬基碳纖維復合薄壁吸能結構，其特征在于，所述吸能結構主要由金屬管或金屬基碳纖維復合管構成的外管與多根碳纖維管或金屬基碳纖維復合管構成的內管搭配組合成外管嵌套包裹內管的結構形式，多根所述內管的外壁之間通過粘接或金屬支架支撐的方式相互連接成多胞結構，所述多胞結構再通過粘接與所述外管的內壁相連接。

進一步地，所述吸能結構的內管和外管的材料，內管的數目、截面形狀、尺寸與排列方式、碳纖維鋪層數目與方向、碳纖維復合管的嵌套方式、嵌套層數、厚度等結構參數，以及金屬基碳纖維復合管的層數和厚度等結構參數，根據汽車碰撞的不同吸能需求設置，不同的參數配比具有不同的吸能效果；并且結構參數值以及匹配特點通過吸能需求優化得到。碳纖維金屬基復合管通過熱模壓方法加以制備。