專利名稱：一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，屬于包括汽車碰撞等在內(nèi)的安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種截面非凸的薄壁能量吸收管的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
能量吸收裝置對(duì)保障運(yùn)載器內(nèi)物品及乘員在發(fā)生碰撞事故時(shí)的安全性至關(guān)重要。薄壁結(jié)構(gòu)是一種具有高能量吸收和低成本的能量吸收器，廣泛應(yīng)用于吸收運(yùn)載器發(fā)生碰撞事故時(shí)的動(dòng)能。在能量吸收效率一定的情況下，消耗較多的沖擊動(dòng)能需要的能量吸收結(jié)構(gòu)質(zhì)量也較大。運(yùn)載器通常都是高能耗設(shè)備，結(jié)構(gòu)輕量化是減少燃油消耗和廢氣排放的最有效途徑 之一。合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)是提高結(jié)構(gòu)能量吸收效率，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的有效途徑。非凸截面薄壁管是一類具有高能量吸收性能的薄壁能量吸收結(jié)構(gòu)。但是在壁厚與截面周長(zhǎng)比較大時(shí)，容易產(chǎn)生膨脹-收縮非緊湊變形模式，大幅降低能量吸收能力。研究表明，非凸薄壁管軸向壓縮產(chǎn)生膨脹-收縮非緊湊變形模式的原因是管在橫截面內(nèi)的約束較弱，不足以約束管壁過(guò)大的出平面運(yùn)動(dòng)。為抑制這種非緊湊變形模式，必須增加管在橫截面內(nèi)的約束。竹子是一類具有很大長(zhǎng)細(xì)比的中空帶橫隔壁加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，具有良好的承載能力和穩(wěn)定性。竹的橫隔壁對(duì)于竹結(jié)構(gòu)具有重要的加強(qiáng)作用，可使得竹筒的橫向承載能力提高3倍。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明涉及一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管。該薄壁能量吸收管應(yīng)采用類似竹橫隔壁的橫向隔板，可以有效抑制非凸薄壁管的膨脹-收縮非緊湊變形模式及薄壁方管的非緊湊變形模式，使得薄壁管產(chǎn)生漸進(jìn)穩(wěn)定的變形模式，從而大幅度提高管的能量吸收。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管包括一個(gè)薄壁管，所述薄壁管內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)橫隔板，橫隔板垂直于薄壁管的管壁，并與薄壁管的管壁成固定連接。所述薄壁管的截面形狀采用圓形、正多邊形或非凸多邊形。所述橫隔板采用平面板或者曲面板。所述橫隔板采用等厚度板或者變厚度板。所述薄壁管和橫隔板采用金屬材料或者包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在內(nèi)的非金屬材料。所述薄壁管和橫隔板之間的連接，采用粘結(jié)劑連接、注塑一次成型或者用織造方法成型。
采用上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是由于輕量化要求，傳統(tǒng)的方管和多邊形管在能量吸收效率方面不能同時(shí)滿足盡可能多折角和折角周圍夾角在90-120度之間的最優(yōu)范圍，其能量吸收效率受到限制。非凸薄壁管突破了這種局限，大幅度提高了能量吸收。本發(fā)明的有益效果是這種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管在薄壁管內(nèi)設(shè)有橫隔板，橫隔板垂直于薄壁管的管壁，并與薄壁管的管壁成固定連接。該結(jié)構(gòu)滿足了高能量吸收的特點(diǎn)，又能抑制薄壁管非緊湊變形模式。外部管壁是能量吸收的主要結(jié)構(gòu)，內(nèi)部橫隔板起支撐和穩(wěn)定外部薄壁管的作用，其布置的數(shù)目和間距由外部管的穩(wěn)定條件確定。外部管壁和內(nèi)部橫隔板通過(guò)有效途徑連接成整體，共同作用吸收能量。在受到軸向沖擊載荷時(shí)，具有比傳統(tǒng)方管和圓管更高的能量吸收性能，和良好的變形穩(wěn)定性。能夠在保持較輕的結(jié)構(gòu)重量時(shí)，給運(yùn)載器提供更好的能量吸收性能。


圖I是非凸二十邊橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的立體結(jié)構(gòu)圖。圖2是非凸二十邊橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的正視圖。圖3是非凸二十邊橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。圖4是正方形橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。圖5是正六邊形橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。圖6是圓形橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。圖7是非凸十二邊橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。
圖8是非凸薄壁管非緊湊變形圖。圖9是橫隔板加強(qiáng)的非凸薄壁管漸進(jìn)變形圖。圖10是非凸薄壁管及橫隔板加強(qiáng)非凸薄壁管沖擊力計(jì)算結(jié)果。圖11是外部管壁能量吸收一位移曲線圖。圖12是內(nèi)部橫隔板能量吸收一位移曲線圖。圖中1、非凸二十邊薄壁管，2、非凸二十邊橫隔板，3、正方形橫隔板，4、正六邊形橫隔板，5、圓形橫隔板，6、非凸十二邊橫隔板。
具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提出一種新型薄壁能量吸收結(jié)構(gòu)，能夠滿足吸能結(jié)構(gòu)要求，降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量，下面結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明該結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。圖1、2、3示出了非凸二十邊橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的結(jié)構(gòu)圖。該橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管由非凸二十邊薄壁管I和多個(gè)非凸二十邊橫隔板2組成，非凸二十邊薄壁管I和多個(gè)非凸二十邊橫隔板2緊密連接構(gòu)成一個(gè)整體。在上述的實(shí)施例中，不同的材料其制造方法可以完全不同，如用塑料，可用模具采用整體注塑法成型；如采用纖維材料，可采用織造法成型；如用金屬材料，可用粘結(jié)方法或焊接方法成型。本發(fā)明所述橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管不限于非凸二十邊形橫隔板2，這種管的橫截面也可以是多邊形、圓形及其他非凸截面。圖4、5、6、7分別示出了正方形、正六邊形、圓形、非凸十二邊形橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。橫隔板的形狀與管的橫截面內(nèi)部形狀相適應(yīng)，橫隔板的數(shù)目為多個(gè)。
以橫截面邊長(zhǎng)為80mm,管長(zhǎng)為200mm,壁厚為3mm的外形為非凸二十邊形的招合金管為例，在一端固定，另一端受10m/S的剛性板軸向沖擊壓縮，無(wú)橫隔板加強(qiáng)的管產(chǎn)生碰撞一收縮非緊湊變形，如圖8所示。這種變形模式的特點(diǎn)是首先結(jié)構(gòu)在某一橫截面附近整體產(chǎn)生向外的膨脹，然后接下來(lái)，在下面的某一截面附近整體產(chǎn)生收縮。由于折疊的波長(zhǎng)較長(zhǎng)因此，是一種非緊湊的變形模式，并且這種變形模式由于截面收縮較明顯，容易轉(zhuǎn)變?yōu)檎w的歐拉失穩(wěn)變形模式。有5個(gè)橫隔板均勻分布加強(qiáng)的非凸二十邊形管從上往下一共被均分成六段，在軸向壓縮時(shí)產(chǎn)生漸進(jìn)穩(wěn)定變形，如圖9所示。這種變形模式首先從上端沖擊端被壓潰，然后在往下第三段被壓潰，依次間隔一段，直到第五段被壓潰，然后最下面固定所在的第六段被壓潰。接著是往上第四段壓潰，最后是第二段被壓潰。這種變形是漸進(jìn)穩(wěn)定的，因此能保持很高的能量吸收效率。非凸二十邊形管和橫隔板加強(qiáng)非凸二十邊形管的軸向壓潰沖擊力曲線如圖10所示，其中實(shí)線表示非凸二十邊形管沖擊力曲線，虛線表示橫隔板加強(qiáng)非凸二十邊形管沖擊力曲線。非凸二十邊形管由于管的橫截面整體膨脹，壁面屈曲，沖擊力曲線在第一個(gè)峰值后急劇下降，能量吸收效率較低，而橫隔板加強(qiáng)非凸二十邊形管由于變形是漸進(jìn)穩(wěn)定的，其沖 擊力一直保持在很高的水平，能量吸收效率很高。后者能量吸收比前者提高133%，比能量吸收(單位質(zhì)量的能量吸收)提高85%。外部管壁和內(nèi)部橫隔板在能量吸收中的作用是很不一樣的，外部管壁是主要的能量吸收結(jié)構(gòu)，在所研究的示例中，外部管壁吸收了 22. 50kJ的能量，占整個(gè)管的能量吸收的99%以上，如圖11所示。而內(nèi)部橫隔板的主要作用是增加管的橫截面面內(nèi)剛度，抑制管的橫向變形導(dǎo)致的膨脹-收縮非緊湊變形模式。其本身吸收的能量很少，在所研究的示例中僅吸收了 0. 199kJ的能量,還不到管的總能量吸收的1%,基本可以忽略,如圖12所示。
權(quán)利要求
1.一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，包括一個(gè)薄壁管，其特征在于所述薄壁管內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)橫隔板，橫隔板垂直于薄壁管的管壁，并與薄壁管的管壁成固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，其特征在于所述薄壁管的截面形狀采用圓形、正多邊形或非凸多邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，其特征在于所述橫隔板采用平面板或者曲面板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，其特征在于所述橫隔板采用等厚度板或者變厚度板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，其特征在于所述薄壁管和橫隔板采用金屬材料或者包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在內(nèi)的非金屬材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，其特征在于所述薄壁管和橫隔板之間的連接，采用粘結(jié)劑連接、注塑一次成型或者用織造方法成型。
全文摘要
一種橫隔板加強(qiáng)的薄壁能量吸收管，屬于包括汽車碰撞等在內(nèi)的安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種截面非凸的薄壁能量吸收管的構(gòu)造。該薄壁能量吸收管適用于各類爆炸及沖擊能量吸收結(jié)構(gòu)。包括外層管壁及內(nèi)部按一定間距排列的起加強(qiáng)作用的橫隔板。該結(jié)構(gòu)可以有效抑制薄壁管的非緊湊變形模式，從而使得薄壁結(jié)構(gòu)在軸向沖擊壓縮下產(chǎn)生漸進(jìn)穩(wěn)定變形模式，顯著提高能量吸收，是一種輕質(zhì)高效率能量吸收結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的橫隔板加強(qiáng)的薄壁管適用于從普通包裝材料到汽車吸能結(jié)構(gòu)，甚至到航天器著陸緩沖能量吸收的廣泛領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B62D25/08GK102700618SQ20121018815
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者劉書(shū)田, 唐智亮 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)