本實用新型涉及一種汽車配件，尤其涉及一種汽車保險杠緩沖結構。

背景技術：

汽車保險杠是吸收緩和外界沖擊力、防護車身前后安全的第一道防護裝置，配合第二道防護裝置-吸能盒-共同保障車身與車內人員的安全。隨著汽車工業(yè)以及公路交通的發(fā)展，汽車速度也越來越快。汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路，現有的汽車保險杠主要包括:保險杠外擋板和保險杠減震橫梁，其主要通過彎曲變形進行耗能?，F有的汽車保險杠發(fā)生輕微碰撞時能夠保障車身及車內人員安全。但當發(fā)生比較大的碰撞時，利用保險杠彎曲變形耗能的弊端就會顯現出來，表現為其抗沖擊能力薄弱，緩沖效果差，會產生較大的二次碰撞傷害，使用不安全。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足，而提供一種提高汽車緩沖減震效果的汽車保險杠。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

一種具有緩沖結構的汽車保險杠，包括保險杠減震橫梁、保險杠外擋板以及設置在保險杠減震橫梁和保險杠外擋板之間的緩沖結構，其特征在于：所述緩沖結構為仿生小柱-格柵結構層，該小柱-格柵結構層由多邊形格柵單元的格柵壁和設置在柵格壁交匯處的薄壁柱構成。所述薄壁柱與格柵沿高度方向的截面為等截面的波形，在格柵壁與薄壁柱的交匯處形成波形的變形引導線。在碰撞過程中，通過本實用新型保險杠緩沖結構的變形吸收耗能碰撞能量，其中主要通過小柱-格柵結構層的壓縮和彎曲變形進行耗能。薄壁柱與格柵壁的截面設置有正弦波或余弦波或二者組合的波形，可以使小柱-格柵結構層的變形耗能性能更加充分和穩(wěn)定。

所述波形為正弦波y＝Asinx或余弦波y＝Aconx或組合波y＝A(conx+sinx)，其幅值A由下式所確定，其中P為無正弦波時盒體的最高抗壓強度，F為使用時所要求的最高抗壓強度，x為沿高度方向的變量，dx為對x進行微分：

只有正弦波時：

只有余弦波時：

正弦波與余弦波組合波時：

所述設置有正弦波或余弦波變形引導線的小柱-格柵結構層可由一體澆筑成型或機械加工方式形成。

所述多邊形格柵單元是三角形、四邊形或六邊形。

保險杠的材質選用鋼、鋁合金或纖維復合材料。

保險杠減震橫梁與仿生小柱-格柵壁結構層通過一體成型、焊接或粘結劑相連。

仿生小柱-格柵壁結構層通過焊接或粘結劑與保險杠外擋板相連。

保險杠減震橫梁與外擋板的外表面為平面或曲面。

本實用新型汽車保險杠，其保險杠減震橫梁、仿生小柱-格柵結構層以及保險杠外擋板的變形順序為小柱-格柵結構層首先發(fā)生壓縮變形以耗能，等其完全坍縮后保險杠減震橫梁以及保險杠外擋板發(fā)生彎曲變形以耗能。

在發(fā)生較大的碰撞時，除了現有的保險杠外擋板和保險杠減震橫梁之外，還有中間的仿生小柱-格柵壁結構層：既通過保險杠的彎曲變形耗能，更通過中間小柱-格柵結構的壓縮變形耗散碰撞能。由力學原理可知，壓縮耗能的效率遠高于彎曲耗能，相當于兩道防護裝置從而起到雙重的緩沖作用，大大增加了汽車保險杠的緩沖減震效果，提高汽車保險杠的抗沖擊性能和使用安全，進一步提高汽車碰撞時的安全速度，重點適用于汽車零部件設計制造領域或類似有防撞要求的結構，可有效保障主體結構和人們的生命安全。

本實用新型汽車保險中小柱-格柵結構具有優(yōu)秀的變形耗能能力，整個汽車保險杠碰撞過程中的變形順序為：小柱-格柵結構層首先發(fā)生壓縮變形以耗能，等其完全坍縮后，保險杠外擋板以及保險杠減震橫梁發(fā)生彎曲變形以耗能。相比于現有汽車保險杠，本實用新型的變形耗能能力是現有汽車保險杠的3～5倍；相比于直筒(即未設置正弦波變形引導槽)壓縮耗能結構層，本實用新型不但具有耗能穩(wěn)定、充分利用材料塑性變形能力的特點，而且可以有效降低汽車碰撞瞬間的碰撞力峰值，盡可能地減少碰撞瞬間產生的巨大沖擊力對車內人員的安全造成威脅。因此該汽車保險杠緩沖結構能夠快速吸收碰撞能量，耗能穩(wěn)定，有效降低碰撞后車速，進一步提高汽車安全碰撞時的最高安全速度，重點適用于汽車零部件設計制造領域或類似有防撞要求的結構，可有效保障主體結構和人們的生命安全。

附圖說明

圖1為本實用新型汽車保險杠的結構示意圖。

圖2為本實用新型汽車保險杠內仿生小柱-格柵壁結構層示意圖(以正弦波為例)。

圖3為本實用新型汽車保險杠內仿生小柱-格柵壁結構側視圖(以正弦波為例)。

圖4為本實用新型保險杠緩沖結構與傳統(tǒng)保險杠沖擊動能曲線。

圖中編號：1保險杠減震橫梁；2為小柱-格柵壁結構層；3為保險杠外擋板；4為連接螺栓孔；5為搭扣；6為保險杠外擋板減重孔；7為變形引導線；8為薄壁柱；9為格柵壁。

具體實施方式

本實用新型實施例的保險杠緩沖結構示意圖、中間仿生小柱-格柵壁結構層以及正弦波變形引導線示意圖分別如圖1、圖2和圖3所示。

該汽車保險杠緩沖結構包括保險杠減震橫梁1和保險杠外擋板3，在保險杠減震橫梁1與保險杠外擋板3之間設置具有緩沖減震作用的仿生小柱-格柵結構層2。其中保險杠減震橫梁1通過螺栓孔4與車身固定，并通過搭扣5與保險杠外擋板固定。小柱-格柵結構層2由格柵壁構成，沿著柵格壁交匯處設有薄壁柱，且薄壁柱8與格柵壁9均形成有變形引導線7，可由一體澆筑成型或機械加工方式形成。在碰撞過程中整個保險杠的變形耗能順序為：小柱-格柵結構層2首先發(fā)生壓縮變形以耗能，等其完全坍縮后保險杠減震橫梁1以及保險杠外擋板3發(fā)生彎曲變形以耗能。即相當于兩道防護裝置從而起到雙重的緩沖作用，大大增加了汽車保險杠的緩沖減震效果，其中主要通過小柱-格柵結構層的壓縮和彎曲變形進行耗能。設置正弦波(或余弦波及其組合波形)變形引導線可以使小柱-格柵結構層的變形耗能更加充分和穩(wěn)定，且可通過改變不同波形的變形引導線的幅值改變保險杠碰撞力的峰值以適應不同使用需求。具體的，當波形為正弦波y＝Asinx或余弦波y＝Aconx或組合波y＝A(conx+sinx)，其幅值A由下式所確定，其中P為無正弦波時盒體的最高抗壓強度，F為使用時所要求的最高抗壓強度：

只有正弦波時：

只有余弦波時：

正弦波與余弦波組合波時：

利用ABAQUS有限元軟件對本實用新型具有正弦波引導變形緩沖結構層的汽車保險杠進行沖擊模擬分析為例，并與現有常用的汽車傳統(tǒng)保險杠相比較，闡明了本實用新型具有耗能穩(wěn)定、耗能快、充分利用材料塑性變形能力的特點。且兩種不同保險杠的體積相同，因此更具有可比性。在此基礎上，兩種保險杠的區(qū)別為是否設有正弦波引導變形的仿生小柱-格柵緩沖結構層。保險杠采用材料為鋁合金，采用C3D20R單元分割網格，總體單元數約為50000，保險杠結構以70KM/h的速度沖擊剛性板，碰撞時間0.01s。

圖4為二者沖擊動能隨時間的變化曲線。由該動能曲線可知，1)本實用新型在0.01s時就吸收了約50％的動能；而傳統(tǒng)保險杠在0.01s時吸收了18％動能。這意味著，當車輛發(fā)生碰撞時，本實用新型可吸收碰撞能量的一半，剩余一半的能力則由汽車吸能盒承擔，極大減輕了汽車吸能盒以及汽車主框架的負擔；而傳統(tǒng)保險杠在失效之前只能吸收很少一部分的碰撞能量，絕大部分的動能仍有汽車吸能盒或汽車主框架耗散，極大增加了二次碰撞(由于汽車保險杠和吸能盒不能吸收全部的碰撞能量，由汽車主框架吸收剩余動能而產生的碰撞)的風險。由于二次碰撞產生的沖擊力將直接由車架承擔，導致其變形，嚴重威脅車內人員的安全；2)根據有限元模擬分析可知，當碰撞時間為0.01s時，傳統(tǒng)保險杠的速度為62.83KM/h，而本實用新型的保險杠緩沖結構此刻的速度為45.16KM/h。由此可見，傳統(tǒng)保險杠的耗能能力十分弱，不能起到明顯降低碰撞后車速的效果。而本實用新型則能夠有效降低碰撞后的速度，降幅達41.5％，即使發(fā)生高速碰撞，本實用新型也能夠有效降低碰撞后的車速，從而大幅降低汽車吸能盒與汽車主框架的負擔，有效減少二次碰撞給車輛和車內人員帶來的傷害。

綜上所述，該汽車保險杠除了具有傳統(tǒng)的減震橫梁和外擋板，還具有優(yōu)秀的小柱-格柵壁吸能結構層，可顯著提高保險杠的緩沖耗能能力。而小柱-格柵結構層上設置的正弦波(或余弦波及其組合波形)變形引導線不僅能夠有效降低汽車碰撞瞬間的碰撞力峰值，而且能夠充分發(fā)揮材料的塑性變形能力，耗能能力快速且穩(wěn)定?，F在常用的保險杠和吸能盒結構通常只能應對低速碰撞，即安全速度為35～50KM/h。而該汽車保險杠緩沖結構以及另一提交的專利：仿生吸能盒，這一緩沖組合預期可將安全速度提升至80～90KM/h，從而顯著降低車禍時的車輛損毀程度和車內人員的生命安全，極具應用價值。除了汽車領域，也適用于航空航天、船舶及動車等緩沖力學性能要求更高的領域，應用范圍極其廣泛。

該結構除了由保險杠外擋板，減震橫梁以及含有薄壁柱的柵格層組成外，在空腔中填塞發(fā)泡型緩沖材料以進一步增強緩沖性能。

該結構依然由保險杠外擋板，減震橫梁以及含有薄壁柱的柵格層組成，但在制作時，通過調整模具，實現板面由平變曲，進一步增強保險杠的緩沖能力以及適用范圍。