CN219029345U

CN219029345U - 一种异形吸能盒

Info

Publication number: CN219029345U
Application number: CN202320128988.4U
Authority: CN
Inventors: 张哲绎; 冯超
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2023-01-13
Filing date: 2023-01-13
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2033-01-13

Abstract

一种异形吸能盒，包括异形薄壁管和固定安装在异形薄壁管前、后端部的前端安装板和后端安装板，所述异形薄壁管前端的管壁具有初始缺陷部，所述异型薄壁管的管壁由分别沿管体轴线对称的两个内凹圆弧面和两个外凸圆弧面组成，内凹圆弧面和外凸圆弧面之间的连接的棱边采用圆角过渡。

Description

一种异形吸能盒

技术领域：

本实用新型涉及汽车被动安全领域，具体的涉及一种冲击时损坏的车用吸收冲击构件。

背景技术：

在汽车设计中，吸能盒结构是车辆被动安全防护的关键部件。吸能盒是位于防撞梁和前纵梁之间的薄壁管状结构，通常由铝或钢等金属材料制成。利用金属材料在承受冲击载荷时发生的塑性变形，吸能盒能够将冲击动能转化为塑性应变能，从而将车辆减速到安全限度内，以尽可能降低车内乘员和物品所受的伤害。

出于制造成本和安装便利的原因，现有的吸能盒结构以薄壁圆管和薄壁方管为主。其中圆管的圆弧褶皱在冲击载荷下更加稳定使其具有比方管更好的吸能能力，但其塑性形变的发生位置难预测，导致安全性存在缺陷，包括方管在内的多边形截面管在承受冲击时的塑性变形主要集中在角单元附近，可以通过角单元的塑性变形耗散大量的能量，但吸能盒整体上强度较低，在强烈冲击下容易“垮塌”，无法稳定的形成渐进式叠缩变形。因此如何改进现有吸能盒的结构，将两种管型的优点结合起来，进一步提高吸能盒结构的耐撞性能，成为现有技术中亟待解决的问题。

实用新型内容：

对现有问题，本实用新型提供的技术方案是：

提供一种异形吸能盒，所述的异形吸能盒，包括异形薄壁管和固定安装在异形薄壁管前、后端部的前端安装板和后端安装板，所述异形薄壁管前端的管壁具有初始缺陷部，所述异型薄壁管的管壁由分别沿管体轴线对称的两个内凹圆弧面和两个外凸圆弧面组成，内凹圆弧面和外凸圆弧面之间的连接的棱边采用圆角过渡。

所述的一种异形吸能盒，进一步的，所述初始缺陷部为贯穿孔、端部开口处切槽、压制诱导凹槽、棱边预设缺口、端部铣槽中的至少一种。优选为贯穿孔，所述贯穿孔的孔心与管前端开口的距离为异形薄壁管压溃时形成的褶皱波波长的35％～65％。

所述一种异形吸能盒，进一步地，所述异形薄壁管的相邻棱边的间距为75mm～85mm，异形薄壁管为等壁厚结构，管壁厚1.5mm～2mm，异形薄壁管的高度为150mm～200mm。内凹圆弧面和外凸圆弧面的圆心到管轴线的距离分别为55mm～65mm和15mm～20mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于异形吸能盒兼具了圆管压溃变形时的圆弧褶皱稳定和方管的角单元吸收大量能量的特点，结合圆角过渡以及管件前端的初始缺陷的诱导作用，使得异形吸能盒在承受冲击载荷时变形模式稳定渐进，不易开裂，具有高效的能量吸收能力。由于初始缺陷部的存在，异形吸能盒在承受冲击载荷时首先在管件端部发生压溃变形，之后沿管件轴向逐渐形成塑性褶皱，最终产生褶皱波，形成稳定渐进的压溃变形模式，从而充分发挥薄壁管的能量吸收能力。同时，初始缺陷的存在使得吸能盒受冲击时的初始峰值力显著降低，有助于按预期破溃形成稳定的褶皱波，进一步提高了吸能盒的防护性能。有效提高了同等重量的吸能盒的能量吸收能力，获得了稳定的渐进压溃变形，进而可以有效提升机动车正面碰撞的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1提供的异形吸能盒的立体结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1提供的异形吸能盒的异形薄壁管部分的立体结构示意图；

图3为本实用新型的实施例1提供的异形吸能盒的异形薄壁管部分的截面示意图；

图4为本实用新型的实施例2提供的异形吸能盒的异形薄壁管初始缺陷部结构示意图；

图5为本实用新型的实施例3提供的异形吸能盒的异形薄壁管初始缺陷部结构示意图；

图6为不同管型轴向压缩的吸能量-位移曲线对比图；

图中：1、异形薄壁管；11、内凹圆弧面；12、外凸圆弧面；2、前端安装板；3、后端安装板；4、过渡圆角；5、贯穿孔；6、端部开口处切槽；7、棱边预设缺口。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式如各部分的构型、相对位置关系及工作原理等进行进一步说明，以帮助本研究领域的技术人员对本实用新型有更深入的了解。

实施例1

本实施例提供的异形吸能盒，包括异形薄壁管1和固定安装在异形薄壁管前、后端部的前端安装板2和后端安装板3。异形薄壁管前端的管壁具有作为初始缺陷部的贯穿孔5。贯穿孔5能够在管件压溃时起到诱导变形的作用。异形薄壁管1是两端开口、内部中空、壁厚均匀的管状结构，所述异型薄壁管的管壁由分别沿管体轴线对称的两个内凹圆弧面11和两个外凸圆弧面12组成，内凹圆弧面和外凸圆弧面之间的连接的棱边4采用圆角过渡。贯穿孔的孔心与管前端开口的距离为异形薄壁管压溃时形成的褶皱波的半波长。前端安装板2和后端安装板3分别焊接于异形薄壁管前、后两端。所述异形吸能盒整体结构如图1所示，异形薄壁管的整体结构如图2所示，异形薄壁管部分的截面示意图如图3所示。

本实施例中，贯穿孔的孔心与异形薄壁管前端开口的距离为12mm，孔径为10mm，异形薄壁管管长200mm，壁厚为2mm，内凹圆弧面和外凸圆弧面的圆心到管中心的距离分别为60mm和15mm。

在实际应用中，利用螺栓连接将异形吸能盒的前端安装板与汽车防撞梁连接，将后端安装板与汽车前纵梁连接。当汽车发生正面碰撞时，防撞梁将碰撞能量传递至异形吸能盒中，吸能盒通过塑性变形吸收大量的冲击能量。由于初始缺陷的存在，吸能盒优先在前端发生压溃变形，之后沿轴向逐渐形成塑性褶皱，变形过程稳定渐进的形成褶皱波，具有较高的能量吸收效率。

所述异形吸能盒采用铝合金材料，异形薄壁管可以采用电火花线切割技术加工。

实施例2

初始缺陷部为异形薄壁管前端的端部开口处切槽6，切槽数量为四个，形成的四个槽口两两对称，其余结构和尺寸参数与实施例1相同，本实施例的异形薄壁管初始缺陷部结构如图4所示。

实施例3

初始缺陷部为异形薄壁管前端的棱边预设缺口7，缺口的高度和深度均相等。其余结构和尺寸参数与实施例1相同。本实施例的异形薄壁管初始缺陷部结构如图5所示。

对实施例1的采用的异形薄壁管进行了轴向压缩的有限元模拟，设置压缩行程为管长的70％，模拟结果的吸能量为8.66KJ。并将有限元模拟结果与等质量方管、圆管的模拟结果进行对比，采用异形薄壁管的比吸能(吸能量/位移)比圆管提高了26％，比方管提高了75％，不同管型轴向压缩的吸能量-位移曲线对比图如图6所示。

综上，本实用新型设计了一种异形吸能盒，所述异形吸能盒结合了圆管和方管的特点，兼具角单元和圆弧单元的优点。异形吸能盒结构主要包括异形薄壁管及其两端的安装板，异形薄壁管由凹圆弧面板和凸圆弧面板、面板间的圆角过渡及管件端部的初始缺陷组成，吸能盒的高度、厚度和圆角半径根据开发车型的吸能量要求决定。

以上所述实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的实施方式并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员基于本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进直接应用于其他场合的，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种异形吸能盒，其特征是所述异形吸能盒包括异形薄壁管和固定安装在异形薄壁管前、后端部的前端安装板和后端安装板，所述异形薄壁管前端的管壁具有初始缺陷部，所述异形薄壁管的管壁由分别沿管体轴线对称的两个内凹圆弧面和两个外凸圆弧面组成，内凹圆弧面和外凸圆弧面之间的连接的棱边采用圆角过渡。

2.如权利要求1所述的一种异形吸能盒，其特征是所述初始缺陷部为贯穿孔、端部开口处切槽、压制诱导凹槽、棱边预设缺口、端部铣槽中的至少一种。

3.如权利要求2所述的一种异形吸能盒，其特征是所述初始缺陷部为贯穿孔。

4.如权利要求3所述的一种异形吸能盒，其特征是所述贯穿孔的孔心与管前端开口的距离为异形薄壁管压溃时形成的褶皱波的波长35%~65%。

5.如权利要求1~4任一所述的一种异形吸能盒，其特征是，所述异形薄壁管的相邻棱边的间距为75mm~85mm，异形薄壁管为等壁厚结构，管壁厚1.5~2mm，异形薄壁管的高度为150~200mm，内凹圆弧面和外凸圆弧面的圆心到管轴线的距离分别为55mm~65mm和15mm~20mm。