[發明專利]一種基于甲蟲鞘翅特征的新型仿生吸能管結構

有效

• 申請號: 202211219065.6
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115289161B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 梁鴻宇;孫昊;盧春達;王登峰;蒲永鋒;田廣東;馬芳武
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F16F7/12
• 分類號: F16F7/12
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司 22204
• 代理人: 邱宇

本發明屬于汽車零部件技術領域，具體提供一種基于甲蟲鞘翅特征的新型仿生吸能管結構，該吸能管結構是一種從甲蟲鞘翅微觀結構獲得、具有孔柱、加強肋和異種材料布置特征的多胞薄壁管，通過仿生得到的兩種不同特性材料的合理配置和截面形式，達到了改善薄壁管吸能性能的目的，由于截面形式簡單，加工相對容易，成本較低，同時由于碳纖維有著輕質高強的特點，使得輕量化效果顯著，使用時降低能耗，相對利用率較高。用于替換現有吸能盒或類似吸能部件，既能實現車輛減重的要求，降低能源消耗，又能實現對碰撞能量的充分吸收，降低碰撞或沖擊事故發生時對車輛主體和車內人員的傷害。

技術領域

本發明屬于汽車零部件技術領域，尤其涉及一種基于甲蟲鞘翅特征的新型仿生吸能管結構。

背景技術

隨著中國汽車工業的發展以及國民生活水平的提高，我國汽車保有量迅速增長，安全問題越來越被人們所關注。碰撞是人們經常遇到的事故類型，好的吸能部件能夠有效減少事故損傷。薄壁管狀結構是一種常見的傳統吸能結構，因為其結構簡單、工作可靠、變形模式平穩，能夠在碰撞時通過自身的塑性屈曲等方式耗散沖擊能量，其作為組成部件或者附加結構被廣泛應用于車輛的碰撞耗散系統中。傳統的薄壁圓管通常采用金屬制備，如鋼等，可以通過設計薄壁管截面來控制變形模式從而提高吸能效率，但純金屬材料在作為吸能結構時，比吸能及比強度都比較低，很難達到設計要求的吸能效果，且這些材料形式單一，得到的防護結構往往比較笨重。

吸能管的吸能效果主要取決于兩方面，即截面形式和構成材料。很多吸能管的設計重心在截面形式上，如中文論文《基于蝦螯結構的仿生薄壁管吸能特性分析及優化》，以雀尾螳螂蝦螯為設計起點，設計一種具有蝦螯結構仿生截面的薄壁吸能管；《仿生吸能結構的設計及耐撞性研究》、《仿生多胞薄壁結構的耐撞性研究與優化設計》、《基于甲蟲鞘翅的客車八邊形仿生多胞薄壁管耐撞性研究》和《仿生層級薄壁方管的耐撞性研究》四篇文章均是通過對甲蟲鞘翅微觀結構的觀察得到啟發，提取了部分形狀特征設計出的具有獨特截面形式的薄壁吸能管。這些設計新型截面的薄壁管都是采用的鋁合金材料，都有著純金屬吸能管的短板。考慮吸能管材料的設計如中國專利CN108730390A公開了一種碳纖維蜂窩管結構、CN210484487U公開了壓潰方向可控的碳纖維吸能管，這二者使用純碳纖維復合材料來實現高性能。雖然看起來增強了吸能管的吸能性能，實際上卻割裂了截面形式與材料對吸能管的性能影響，只是利用碳纖維本身的材料特性，忽略了截面形式在吸能管性能上發揮的作用。

現有設計沒有將上述兩要素結合起來，而獨特結構與合理材料布置的搭配在自然界中是極為常見的，將這種思想遷移到設計中就是把合適的截面形式、不同位置使用不同特性的材料綜合起來，將會是一種行之有效的增強吸能效果的技術手段。

發明內容

為解決背景技術中存在的問題，本發明提供一種基于甲蟲鞘翅特征的新型仿生吸能管結構。

本發明的技術方案如下：

一種基于甲蟲鞘翅特征的新型仿生吸能管結構，該吸能管結構是一種從甲蟲鞘翅微觀結構獲得、具有孔柱、加強肋和異種材料布置特征的多胞薄壁管。

作為本發明的優選，該多胞薄壁管截面的外輪廓呈圓形或多邊形、外輪廓上均勻設置有孔，該多胞薄壁管截面的內部均勻設置有直肋板，直肋板之間形成有孔。

作為本發明的優選，其中外輪廓、外輪廓上的孔、直肋板以及直肋板之間形成的孔為一個整體結構稱之為外殼管，是由金屬材質制備；外殼管的內側面上貼合有一層內襯管，是由高分子材料制備。

作為本發明的優選，所述外輪廓呈圓形，外輪廓上均勻設置有三個孔徑相同的孔；所述直肋板的數量為三條，三個外輪廓上的孔與三條直肋板將外輪廓均分為六份。

作為本發明的優選，所述外殼管為鋁合金材料，采用線切割制備；所述內襯管為碳纖維復合材料，采用模具輔助制備，所述外殼管和內襯管以加熱固化的方式連接。

本發明的有益效果如下：