[發(fā)明專(zhuān)利]一種高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010824885.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112032233A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段玉崗;張通;張紹磊;鄧昕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F16F7/00
• 分類(lèi)號(hào): F16F7/00;B29C70/44;B60R19/18
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和制造方法，結(jié)構(gòu)包括正六邊形外管、正六邊形內(nèi)管、肋板和圓管，正六邊形外管和正六邊形內(nèi)管通過(guò)肋板連接，正六邊形外管、正六邊形內(nèi)管的頂點(diǎn)連接處采用圓管的結(jié)構(gòu)形式，整體形成致密的蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，局部的破壞不會(huì)使得整個(gè)結(jié)構(gòu)失效；正六邊形外管、正六邊形內(nèi)管、肋板和圓管采用碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料；制造方法利用組合模具以及真空袋成型工藝制備，本發(fā)明能大幅度提高吸能管的吸能效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料吸能裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和制造方法。

背景技術(shù)

碰撞吸能裝置可以極大提高汽車(chē)和軌道車(chē)輛的被動(dòng)防護(hù)能力以及直升機(jī)和航空航天飛行器的抗墜毀能力，在保護(hù)人生安全、財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮著重要作用。例如汽車(chē)的保險(xiǎn)杠總成，保險(xiǎn)杠總成主要由防撞梁、吸能管、連接板等組成，并通過(guò)螺栓連接到車(chē)身上，拆卸方便利于維修，整個(gè)保險(xiǎn)杠總成在低速碰撞中對(duì)車(chē)輛起到主要的保護(hù)作用，吸能管在低速碰撞中吸收大部分的能量，是汽車(chē)碰撞的主要吸能元件之一，在約束質(zhì)量和尺寸的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)吸能管的耐撞性能，對(duì)輕量化過(guò)程中提高汽車(chē)的被動(dòng)安全性能有著重要意義。

目前汽車(chē)吸能管主要由金屬薄壁管件制成，在碰撞過(guò)程中，吸能管主要依靠自身的塑性變形來(lái)吸收車(chē)輛碰撞中的沖擊動(dòng)能，但是普通圓形金屬薄壁管件的吸能效率較低，即比吸能值太小。

碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量大、耐腐蝕、易加工、可設(shè)計(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、能源等領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在受到碰撞沖擊時(shí)，復(fù)合材料不是通過(guò)塑料變形吸收能量，而是變成無(wú)數(shù)細(xì)小的碎片，因而可以吸收大量沖擊能量，大約是鋼結(jié)構(gòu)的4倍，具有高安全性，所以選擇復(fù)合材料制造吸能管是提高其吸能效率的有效途徑之一。

目前還沒(méi)有基于碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料的仿生多胞吸能管結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)公開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和制造方法，能大幅度提高吸能管的吸能效率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括正六邊形外管1、正六邊形內(nèi)管2、肋板3和圓管4四個(gè)部分，正六邊形外管1和正六邊形內(nèi)管2通過(guò)肋板3連接，正六邊形外管1、正六邊形內(nèi)管2的頂點(diǎn)連接處采用圓管4的結(jié)構(gòu)形式，整體形成致密的蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

所述的正六邊形外管1、正六邊形內(nèi)管2、肋板3和圓管4采用同種纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，或采用兩種不同的纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。

所述的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的橫截面構(gòu)型的幾何尺寸符合下述公式：

L₁＝2L₂＝2L，L＞D

其中L₁為正六邊形外管1邊上兩圓管4的中心距離，L₂為正六邊形內(nèi)管2邊上兩圓管4的中心距離，L為肋板3上兩圓管4的中心距離，D為圓管4直徑。

所述的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高度H根據(jù)實(shí)際吸能要求選擇。

所述的一種高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造方法，利用組合模具以及真空袋成型工藝制備，具體為，首先利用3D打印技術(shù)或機(jī)械加工方式進(jìn)行模具制造，按照預(yù)先設(shè)計(jì)對(duì)碳纖維預(yù)浸帶進(jìn)行裁剪，得到不同角度待纏繞的碳纖維預(yù)浸帶；然后將碳纖維預(yù)浸帶纏繞至模具表面，再將所有纏繞好碳纖維預(yù)浸帶的模具進(jìn)行合模，采用真空袋成型工藝進(jìn)行固化，對(duì)固化后的制品脫模即得到高比吸能的仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

影響仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)吸能效果的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)為：碳纖維預(yù)浸料的鋪放角度；碳纖維預(yù)浸料的層數(shù)，即仿生復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的厚度；正六邊形內(nèi)管2邊上兩圓管4的中心距離以及圓管4直徑。