一种复合吸能装置

技术领域

本发明涉及一种碰撞吸能装置，尤其涉及一种具备多吸能方式的复合吸能装置。

背景技术

近年来，机动车、高速铁路等运输设备保有量大幅度提升，随着发动机性能以及功率的飞速发展以及交通环境的大幅改善，使得交通工具的平均行驶时速变得越来越高，提升了出行效率，但同时使得交通事故的发生变得尤为频繁，交通事故发生的碰撞速度也出现显著提升。各种载具发生碰撞的最主要部位是其前部以及后部，特别是载具前部，最容易发生高速碰撞。故汽车用于防护正面碰撞以及背部碰撞的防撞梁以及复合吸能装置的耐撞性研究，一直以来是汽车碰撞安全研究的重中之重。

然而目前，应用在大多数汽车车身上的吸能盒结构仍然是普通构型管件，包括薄壁方管、薄壁圆管等，此类吸能盒结构的比吸能、吸能总量还不够大，碰撞吸能稳定性差、碰撞的初始峰值力大，已经无法满足高速碰撞下的汽车安全性。因此，充分利用多种吸能方式，设计一种新型的高效复合多形式吸能装置结构已迫在眉睫。

发明内容

本发明提供了一种具备多吸能方式的复合吸能装置，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合吸能装置，它包括套管、底座及上盖，上盖连接在套管吸能前端上，该底座连接在吸能套管吸能后端上，套管内填充有蜂窝体；套管壁上设有若干绕中心轴向平行盘旋延伸的螺旋导槽，并在每条螺旋导槽延伸至的套管吸能后端管口对应位置处开有与螺旋导槽一一对应相接且具有相同螺旋角的缺口，该底座具有圆锥台状部分并在该圆锥台状部分的小径端周长上间隔设有若干钝切割刃，该套管与该底座相接时，钝切割刃一一对应地插接在该缺口处。

一实施例之中：该套管从外到内依次包括碳纤维铺层管、粘接层和铝管，铝管与碳纤维铺层管通过粘接层粘接固定。

一实施例之中：该蜂窝体包括吸能强度逐渐增强的第一蜂窝体、第二蜂窝体和第三蜂窝体，该第一蜂窝体、第二蜂窝体和第三蜂窝体在套管内按照套管的吸能前端至后端依次排列填充。

一实施例之中：该第一蜂窝体、第二蜂窝体之间、第二蜂窝体与第三蜂窝体之间均设有将不同两种蜂窝体隔开的编织碳纤维夹层。

一实施例之中：该第一蜂窝体的轴向投影完全落在第二蜂窝体上，该第二蜂窝体的轴向投影完全落在第三蜂窝体上。

一实施例之中：该上盖呈凸字形盖，该上盖的凸部从套管吸能前端置入该套管内并与套管过盈配合连接，该套管与底座通过套管缺口与底座钝切割刃的插接进行连接。

一实施例之中：该碳纤维铺层管最外铺层和最内铺层的铺层角分别为0°、90°。

一实施例之中：该第一蜂窝体的横截面结构如图10所示。

一实施例之中：该第二蜂窝体的横截面结构如图11所示。

一实施例之中：该第三蜂窝体的横截面结构如图12所示。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1、吸能形式多样，比吸能高；本发明的套管在碰撞后会形成轴向压溃的塑性变形吸能，轴向螺旋撕裂吸能，以及轴向弯曲塑性变形吸能等多种吸能方式，弥补了传统吸能装置吸能形式单一，吸能效率过低的弊端，充分发挥了套管的塑性吸能能力以及撕裂吸能能力，大幅度提高结构的比吸能。吸能撕裂过程包括碳钎维铺层的剪切断裂，同时又有层间的粘黏变形吸能，铝管在底座圆锥台状部分的挤压下在撕裂吸能的同时发生塑性变形吸能。

2、逐级吸能，碰撞稳定性强，碰撞峰值力小；本发明的蜂窝体包括吸能强度逐渐增强的第一蜂窝体、第二蜂窝体和第三蜂窝体，该第一蜂窝体、第二蜂窝体和第三蜂窝体在套管内按照套管的吸能前端至后端依次排列填充。这种由疏到密、由弱到强的多级蜂窝填充结构，使得发生碰撞时，从吸能前端到吸能后端产生吸能量越来越大的逐级吸能的效果，而且碰撞峰值力小。

3、吸能总量大，吸能效率高；本发明中蜂窝结构均采用圆形元素以及圆形变形元素，充分发挥圆形在轴向压溃方面的吸能优势。又由于三级蜂窝体轴向投影均有重合，在轴向压溃过程中能够充分发挥多级吸能的效果同时不造成多级蜂窝穿透效果，故可以在碰撞压溃过程中充分利用每一级的蜂窝体吸能，极大提高总吸能以及吸能效率。同时，螺旋撕裂导向槽使得套管撕裂的过程中按照螺旋导槽的引导发生螺旋撕裂，较于传统轴向撕裂金属管，在撕裂路径的长度上有大幅度提升，吸能总量提升，同时在同样的轴向碰撞吸能距离下，螺旋撕裂吸能装置有更多的能量吸收量。

4、更换性、可替换性强，可重复利用；本发明的吸能主体部分套管并没有和底座或者上盖焊接固连，而是通过上盖的凸部和底座的钝切割刃开拆卸连接(如钝切割刃的插接和上盖凸部的过盈配合连接)。可以根据需要随时更换吸能装置中的部件(如底座、套管、上盖)。由于吸能装置各部件所选用材料在硬度上的差距巨大，故在事故碰撞发生之后，根据碰撞速度的大小可以判断碰撞之后各部件的完整性，从而决定是否回收该部件。在大部分速度碰撞之后，底座和上盖均可回收利用，纤维铺层管和铝管均可根据实际情况进行更换，实现该吸能装置各部件能够物尽其用，大大降低了制作成本。

5、该碳纤维铺层管最外铺层和最内铺层的铺层角分别为0°、90°，对轴向压溃有着良好的变形吸能效应，同时也保护内层金属管防止脱胶，确保每层碳纤维均发生剪切破坏，保证充分吸能。

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为复合吸能装置的整体结构示意图。

图2为复合吸能装置的俯视图。

图3为图2的B-B剖视图。

图4为底座圆锥台状部分的结构示意图。

图5为上盖的结构示意图。

图6为套管的结构示意图。

图7为图6的局部放大示意图。

图8为套管的结构示意图(示出螺旋导槽的结构)。

图9为铝管和底座装配示意图(铝管上示出螺旋导槽的结构)。

图10为第一蜂窝体的横截面示意图。

图11为第二蜂窝体的横截面示意图。

图12为第三蜂窝体的横截面示意图。

具体实施方式

请查阅图1至图9，一种复合吸能装置，它包括套管1、底座2及上盖3，上盖3连接在套管2吸能前端上，该底座2连接在套管1吸能后端上，套管1内填充有蜂窝体；套管1壁上设有若干绕中心轴向平行盘旋延伸的螺旋导槽11，并在每条螺旋导槽11延伸至的套管1吸能后端管口对应位置处开有与螺旋导槽11一一对应相接且具有相同螺旋角的缺口12，该底座2包括固接在一起的圆锥台状部分21和法兰部分22，并在该圆锥台状部分21的小径端周长上间隔(最好是均匀间隔)设有若干钝切割刃211，该套管1与该底座2相接时，钝切割刃211一一对应地插接在该缺口12处，一般，该钝切割刃211的切割角度与缺口12的螺旋角相等。本实施例中，该缺口12宽2mm，长5mm。该圆锥台状部分21的锥角为45度。该钝切割刃211具有6个。

该套管1从外到内依次包括碳纤维铺层管101、粘接层和铝管102，铝管102与碳纤维铺层管101通过粘接层粘接固定。该碳纤维铺层管101的总铺层数目为六层，铺层角分别为(0°/-45°/-45°/+45°/+45°/90°)，最外铺层和最内铺层的铺层角分别为0°、90°。该铝管102采用A6061退火铝材料制成。该粘接层采用环氧树脂材料制成。该螺旋导槽11一体成型在铝管102的外壁上。

请查阅图3，该蜂窝体包括吸能强度逐渐增强的第一蜂窝体4、第二蜂窝体5和第三蜂窝体6，该第一蜂窝体4、第二蜂窝体5和第三蜂窝体6在套管1内按照套管的吸能前端至后端依次排列填充。该第一蜂窝体4、第二蜂窝体5之间、第二蜂窝体5与第三蜂窝体6之间均设有将不同两种蜂窝体隔开的编织碳纤维夹层7。即该碳纤维板7设置在铝管102内将铝管102内沿着竖直方向分为三个蜂窝填充室，第一蜂窝体4、第二蜂窝体5、第三蜂窝体6由上至下分别设置在对应腔室中，并且第一蜂窝体4、第二蜂窝体5、第三蜂窝体6的强度呈梯度增加。

该第一蜂窝体4的轴向投影完全落在第二蜂窝体5上，该第二蜂窝体5的轴向投影完全落在第三蜂窝体6上。使在轴向压溃过程中各级蜂窝体能够充分发挥多级吸能的效果同时不造成多级蜂窝穿透效果。该第一蜂窝体4、第二蜂窝体5、第三蜂窝体6根据圆管有最优的抗轴向压溃性能，由几个圆形对称翻转得到的最初的单胞结构及该单胞的迭代结构进行比例缩小和添加内接圆获得。该第一蜂窝体4的横截面结构如图10所示。该第二蜂窝体5的横截面结构如图11所示。该第三蜂窝体6的横截面结构如图12所示。

本案中，该上盖3呈凸字形盖，该上盖3的凸部从套管1吸能前端置入该套管1内并与套管1过盈配合连接，该套管1与底座2通过套管1缺口12与底座2钝切割刃211的插接进行连接。即该上盖3、底座2与套管1之间均为采用如焊接式的固定不可拆卸的方式进行连接，便于更替或重复利用。

当发生碰撞时，套管1根据螺旋导槽11的导向及钝切割刃211的配合下发生轴向压溃的塑性变形吸能，轴向螺旋撕裂吸能，以及轴向弯曲塑性变形吸能。同时第一蜂窝体4、第二蜂窝体5、第三蜂窝体6依次压溃变形吸能。整个吸能过程稳定、比吸能高、碰撞峰值力小。

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。