一种基于折纸结构的碰撞吸能装置

技术领域

本发明涉及碰撞吸能装置，尤其涉及一种基于折纸结构的碰撞吸能装置。

背景技术

随着科技的发展，工业的进步，人民生活水平的显著提高，各国人民的出行率正不断增加。在人们享受着交通工具带来便利的同时，也遭受了各种层出不穷的交通事故所带来的痛苦，给社会和人民造成了极大的财产损失和安全问题。交通安全作为一直以来的世界难题，一直受到人们的关注，并越发重视。吸能装置作为碰撞时重要的吸能原件，通过自身不可逆的压溃变形来吸收来自碰撞事故的动能，以此起到保护乘员或被人的目的。然而，当前主流的吸能装置仍然是一些普通构型管件，例如薄壁方管、薄壁圆管等，已经不能满足人们对安全防撞结构的诸多要求，因此，设计出一种新型的吸能装置来提高安全性，具有重要的现实意义以及实用价值。

发明内容

本发明提供了一种基于折纸结构的碰撞吸能装置，其克服了背景技术中所述现有普通构型管件吸能装置的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于折纸结构的碰撞吸能装置，它包括一折叠而成外盒体、一折叠而成的内盒体和两法兰连接件，该内盒体同轴置于外盒体内，该两法兰连接件分别固接在外盒体和内盒体的两端，外盒体与内盒体之间填充有第一蜂窝体，内盒体内填充有第二蜂窝体；

外盒体的轴向吸能前段包括多个绕周向交替且无缝围合连接的四个相同的三角形前端盒壁和四个相同的梯形前端盒壁，该些前端盒壁从后往前朝盒的中心轴线内收倾斜，该外盒体的轴向吸能后段包括多个绕周向交替且无缝围合连接的四个相同的第一梯形后端盒壁和四个相同的第二梯形后端盒壁，四个第一梯形后端盒壁的短底边一一对应地与四个三角形前端盒壁的一边重合连接，四个第二梯形后端盒壁的长底边一一对应地与四个梯形前端盒壁的短底边重合连接，第一梯形后端盒壁从后往前朝盒的中心轴线外扩倾斜，第二梯形后端盒壁从后往前背向盒的中心轴线内收倾斜；

该内盒呈筒状，包括多个同轴串接的多个盒单元，每个盒单元包括两个形状相同的正N棱台盒侧壁且该两正N棱台盒侧壁的顶端重合连接，各个盒单元中的正N棱台盒侧壁的底端边长相同，轴向相邻两个盒单元的底端重合连接，从内盒体的轴向吸能前端至吸能后端各个盒单元中的正N棱台盒侧壁顶端边长逐渐增大，其中，N大于或等于4。

一实施例之中：从内盒体的轴向吸能前端至吸能后端各个盒单元中的正N棱台盒侧壁顶端边长按照等差梯度逐渐增大。

一实施例之中：该第一蜂窝体和第二蜂窝体的结构和强度不同。

一实施例之中：该第一蜂窝体的横截面形状如图8所示。

一实施例之中：该第二蜂窝体的横截面形状如图9所示。

一实施例之中：该两法兰连接件分别通过点焊固接在外盒体和内盒体的两端。

一实施例之中：该内盒体与外盒体均采用铝合金材料制成。

一实施例之中：该第一蜂窝体和第二蜂窝体采用碳纤维复合纤维材料制成。

一实施例之中：N等于8。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1、本发明包括外盒体、内盒体，外盒体与内盒体之间填充有第一蜂窝体，内盒体内填充有第二蜂窝体；外盒体的前端盒壁从后往前朝盒的中心轴线内收倾斜，外盒体的第一梯形后端盒壁从后往前朝盒的中心轴线外扩倾斜，第二梯形后端盒壁从后往前背向盒的中心轴线内收倾斜；内盒的盒壁呈筒状，从内盒体的轴向吸能前端至吸能后端各个盒单元中的正N棱台盒侧壁顶端边长逐渐增大。即本发明包含外盒体、外盒体两个折纸结构，外盒体的盒壁拥有着各种角度的倾斜设置，内盒体也具有各种几何角度设置，能够诱导吸能装置在碰撞时按照所预设的角度或倾斜方向先行产生变形，并带动蜂窝变形，使得整个变形过程理想、可预测，吸能过程稳定、效率高。

2、外盒体的前端盒壁从后往前朝盒的中心轴线内收倾斜，内盒的轴向吸能前端至吸能后端各个盒单元中的正N棱台盒侧壁顶端边长逐渐增大(即内盒前端的单元盒中的两个N棱台盒侧壁之间具有较大的轴向折角)，能够保证在碰撞的初始阶段不会产生过大的碰撞力，使得初始峰值力较以往其他传统薄壁管小，能够有效地保护乘员和行人的安全。

3、本发明中所涉及的内外盒体间填充第一蜂窝体及内盒体内填充有第二蜂窝体，能够在保证轴向冲击下吸能良好且初始峰值力小的前提下，在遭受来自其他方向的冲击时，依旧保持着良好的变形和吸能，从而提高吸能装置在多角度斜向冲击下的吸能稳定性。

4、本发明中的第一蜂窝体和第二蜂窝体相比于传统四边形蜂窝，引入了方形和八边形，增加了蜂窝结构中角单元的数量，而角单元在碰撞中的折叠撕裂变形是主要的吸能方式之一，因此本发明这种新型蜂窝的吸能效果要明显优于传统蜂窝。进一步保证了吸能装置的能量吸收效率和碰撞稳定性，从而达到逐级吸能的效果，可有效地确保乘员安全。

5、本发明中的外盒体和内盒体采用铝合金材料的折纸结构，通过层层折叠变形吸能，碳纤维复合材料的第一蜂窝体和第二蜂窝体则包括撕裂变形吸能，压溃过程中两种吸能并行，有效提高碰撞吸能效果。

6、内、外盒体为折纸结构，均可由一块薄板在模具上按折痕冲压后焊接成型，制造工艺简单，适合大量制造生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为碰撞吸能装置的整体结构示意图。

图2为碰撞吸能装置的左视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为外盒体盒坯的展开图(图中阴影部分为裁掉部分)。

图5为外盒体的结构示意图。

图6为内盒体盒坯的展开图(图中阴影部分为裁掉部分)。

图7为内盒体的结构示意图。

图8为第一蜂窝体的横截面示意图。

图9为第二蜂窝体的横截面示意图。

具体实施方式

查阅图1至图7，一种基于折纸结构的碰撞吸能装置，它包括一折叠而成外盒体1、一折叠而成的内盒体2和两法兰连接件3，该内盒体2同轴置于外盒体1内，该两法兰连接件3分别固接在外盒体1和内盒体2的两端，外盒体1与内盒体2之间填充有第一蜂窝体4，内盒体内填充有第二蜂窝体5；

如图4和图5所示，外盒体1通过图4所示的盒坯折叠而成，折叠成的外盒体1的轴向吸能前段(最先接收碰撞能量的一端)包括多个绕周向交替且无缝围合连接的四个相同的三角形前端盒壁111和四个相同的梯形前端盒壁112，该些前端盒壁从后往前(即碰撞后端至碰撞前端)朝盒的中心轴线内收倾斜，该轴向吸能前段状如由四个梯形前端盒壁112组成的四棱台侧壁，在四棱台侧壁的四个棱角位置被四个三角形前端盒壁111取代。该外盒体1的轴向吸能后段包括多个绕周向交替且无缝围合连接的四个相同的第一梯形后端盒壁121和四个相同的第二梯形后端盒壁122，四个第一梯形后端盒壁121的短底边一一对应地与四个三角形前端盒壁111的一边(具体是三角形前端盒壁朝向吸能后端的一边)重合连接，四个第二梯形后端盒壁122的长底边一一对应地与四个梯形前端盒壁112的短底边(该梯形前端盒壁112的短底边近吸能后端，该梯形前端盒壁112的长底边近吸能前端)重合连接，第一梯形后端盒壁121从后往前朝盒的中心轴线外扩倾斜，第二梯形后端盒壁122从后往前背向盒的中心轴线内收倾斜；

如图6和图7所示，该内盒体2通过如图6所示的盒坯折叠而成，折叠成的内盒体2呈筒状，包括多个同轴串接的多个盒单元，每个盒单元包括两个形状相同的正N棱台盒侧壁21且该两正N棱台盒侧壁21的顶端(周长较小端)重合连接，各个盒单元中的正N棱台盒侧壁21的底端(周长较大端)边长相同，轴向相邻两个盒单元的底端重合连接，从内盒体2的轴向吸能前端至吸能后端各个盒单元中的正N棱台盒侧壁21顶端边长逐渐增大，最好，从内盒体2的轴向吸能前端至吸能后端各个盒单元中的正N棱台盒侧壁21顶端边长按照等差梯度逐渐增大。其中，N大于或等于4。本实施例中，N取等于8。

为了使能量吸收持续稳定增加，保证碰撞过程中高效的吸能，该第一蜂窝体4和第二蜂窝体5的结构和强度不同。该第一蜂窝体4的横截面(垂直轴向的面)形状如图8所示。该第二蜂窝体5的横截面形状如图9所示，第一蜂窝体4包括紧密连接的多个蜂窝单元一41和蜂窝单元二42，蜂窝单元一41的横截面形状为：一个大八边形，大八边形内内接一个大正方形，大八边形对称的四个边上一一对应地外接四个小正方形，每个小正方形内接一个小八边形。蜂窝单元二42的横截面形状为：一个大八边形，大八边形内内接一个十字形，大八边形对称的四个边上一一对应地外接四个小正方形，每个小正方形内接一个小八边形。即蜂窝单元一41和蜂窝单元二42的区别在于：蜂窝单元一41的大八边形内内接的是正方形，蜂窝单元二42的大八边形内内接的是十字形。紧密连接的蜂窝单元一41和蜂窝单元二42在相接处具有重合部分。第二蜂窝体5包括紧密连接的多个蜂窝单元二42和蜂窝单元三51，蜂窝单元三51的横截面形状为一个大八边形，大八边形对称的四个边上一一对应地外接四个小正方形，每个小正方形内接一个小八边形。即蜂窝单元三51和蜂窝单元二42、蜂窝单元一41的区别在于：蜂窝单元三51的大八边形内无内接图形。紧密连接的蜂窝单元三41和蜂窝单元二42在相接处具有重合部分。

该两法兰连接件3分别通过点焊固接在外盒体1和内盒体2的两端，吸能装置通过法兰连接件3与外部结构连接。

该内盒体2与外盒体1均采用铝合金材料制成。该第一蜂窝体4和第二蜂窝体5采用碳纤维复合纤维材料制成。

本发明针对传统吸能装置初始峰值力高、吸能不稳定、吸能效率低，多角度冲击适应差等问题，设计出结构简单，降低初始峰值力，能持续高效吸能且稳定性较高的吸能装置，以此降低发生碰撞事故时对乘员和行人的伤害，从而有效地保障人们的生命及财产安全。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。