[發明專利]一種分段導控式吸能管及其吸能方法

有效

• 申請號: 202110302958.6
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112896220B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 竇偉元;阮寶鋒;張樂樂
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B61F19/04
• 分類號: B61F19/04
• 代理公司: 北京王景林知識產權代理事務所(普通合伙) 11320
• 代理人: 王景林;任秀英

一種分段引導式吸能管，其特征在于，所述吸能管依次包括引導段、過渡段、和等截面圓管，其中，所述引導段與所述過渡段相連接；所述過渡段與所述等截面圓管相連接；所述引導段設置在所述過渡段的一端；而所述等截面圓管設置在所述過渡段的另外一端，所述引導段的截面形狀呈正三角形、正方形、正六邊形或圓形；或者，所述引導段具有折疊結構；所述過渡段在所述一端與所述引導段幾何光滑連接，所述過渡段在所述另外一端與所述等截面圓管幾何光滑連接。根據本發明，可解決現有技術吸能管只能單方面提升比吸能、或只降低峰值力但導致載荷效率低的問題，從而在軌道車輛車體端部吸能結構中，可提高車輛的被動安全防護性能。

技術領域

本發明涉及一種用于吸收軌道車輛碰撞過程中所產生的巨大能量的吸能裝置，特別是涉及一種分段導控式吸能管，屬于軌道車輛被動安全技術領域。

背景技術

軌道車輛發生碰撞事故時將產生巨大的能量，其傳遞和耗散方式直接影響乘員的生命安全。隨著軌道車輛運營時速不斷提高，對其被動安全性能的要求也越來越高。

作為被廣泛用于應對列車碰撞的被動安全防護裝置，吸能管主要分布在軌道車輛的頭車前端以及中間車輛的兩端?，F有技術的吸能管一般為薄壁金屬管結構，主要原理是通過塑性變形來吸收列車碰撞時產生的沖擊能量，以保障的乘客生命安全。該薄壁金屬管的變形模式主要分為漸進式折疊變形模式、歐拉變形模式、以及漸進式折疊變形和歐拉變形同時存在的混合變形模式。進一步地說，漸進式折疊變形模式又包括手風琴模式和鉆石模式。其中，漸進式折疊變形模式作為有效的吸能變形模式，其主要特點是壓縮力較平穩。

一般地，作為現有技術中用于評估薄壁金屬管的碰撞吸能特性的關鍵指標，主要有：

1)初始峰值力(F_max)，其值越高意味著發生碰撞初始產生的加速度峰值越大，對乘員的損傷也越高，較大的峰值力意味著乘客會承受較大的加速度沖擊，應盡量減小或消除尖峰；

2)比吸能(Specific energy absorption,SEA)，即結構中的單位質量所吸收的能量，其值越大則表明結構吸能能力越高；吸收的能量越多，則吸能效果越好；

3)載荷效率(Crash load efficiency,CFE)，即在有限的碰撞壓縮位移下平均碰撞力與峰值力的比值，薄壁金屬管在碰撞時需要盡可能地吸收更多的能量且減小峰值力，因此載荷效率越高，吸能效果越好。

CN104462731A公開了一種正弦式波紋吸能管，有效地降低了吸能管在承受沖擊載荷時的峰值力，但相比傳統的直管，比吸能有所降低。

US4,877,224A在普通圓管上添加波紋狀紋路，以犧牲比吸能為代價降低初始碰撞的載荷。

CN202764894公開了一種仿竹結構的仿生吸能管，通過在圓管中添加約束壁、約束梁等仿竹結構，顯著提高了吸能管的比吸能，但相比普通圓管，峰值力沒有得到改善。

現有技術中的波紋管或折疊形的吸能結構，整個吸能管結構都是波紋或折疊形式，通常不分段，沒有幾何過度，即使有幾何過渡，截面形狀也是相同形式的?，F有技術中這樣的設計，雖然可以降低初始峰值力Fmax，但也由于折疊或波紋的形式導致軸向剛度降低，犧牲了比吸能SEA和載荷效率CFE，材料的吸能潛力未得到充分利用。

綜上，現有技術的薄壁金屬吸能管，都難以兼顧對碰撞峰值力和比吸能的同時改善，發生碰撞事故時仍然存在安全隱患。

發明內容

本發明的目的是提供一種分段導控式吸能管及吸能方法，其在碰撞過程中壓潰折疊更為規則有序，可解決現有技術吸能管只能單方面提升比吸能、或只降低峰值力但導致載荷效率低的問題，從而在軌道車輛車體端部吸能結構中，可提高車輛的被動安全防護性能。