專利名稱：一種橫隔板加強的薄壁能量吸收管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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)：
能量吸收裝置對保障運載器內(nèi)物品及乘員在發(fā)生碰撞事故時的安全性至關(guān)重要。薄壁結(jié)構(gòu)是ー種具有高能量吸收和低成本的能量吸收器，廣泛應(yīng)用于吸收運載器發(fā)生碰撞事故時的動能。在能量吸收效率一定的情況下，消耗較多的沖擊動能需要的能量吸收結(jié)構(gòu)質(zhì)量也較大。運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。非凸截面薄壁管是ー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比較大時，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，不足以約束管壁過大的出平面運動。為抑制這種非緊湊變形模式，必須増加管在橫截面內(nèi)的約束。竹子是ー類具有很大長細比的中空帶橫隔壁加強的結(jié)構(gòu)，具有良好的承載能力和穩(wěn)定性。竹的橫隔壁對于竹結(jié)構(gòu)具有重要的加強作用，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)中存在的問題，本實用新型涉及ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管。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)生漸進穩(wěn)定的變形模式，從而大幅度提高管的能量吸收。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種橫隔板加強的薄壁能量吸收管包括ー個薄壁管，所述薄壁管內(nèi)至少設(shè)有一個橫隔板，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。本實用新型的有益效果是這種橫隔板加強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，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，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)重量吋，給運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的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。圖4是正方形橫隔板加強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的薄壁能量吸收管的橫隔板圖。圖6是圓形橫隔板加強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是橫隔板加強的非凸薄壁管漸進變形圖。圖10是非凸薄壁管及橫隔板加強非凸薄壁管沖擊カ計算結(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。
具體實施方式
本實用新型提出ー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，
以下結(jié)合附圖來說明該結(jié)構(gòu)的實施例。圖1、2、3示出了非凸二十邊橫隔板加強的薄壁能量吸收管的結(jié)構(gòu)圖。該橫隔板加強的薄壁能量吸收管由非凸二十邊薄壁管I和多個非凸二十邊橫隔板2組成，非凸二十邊薄壁管I和多個非凸二十邊橫隔板2緊密連接構(gòu)成ー個整體。在上述的實施例中，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。本實用新型所述橫隔板加強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。以橫截面邊長為80mm,管長為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，無橫隔板加強的管產(chǎn)生碰撞ー收縮非緊湊變形，如圖8所示。這種變形模式的特點是首先結(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，在下面的某ー截面附近整體產(chǎn)生收縮。由于折疊的波長較長因此，是ー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個橫隔板均勻分布加強的非凸二十邊形管從上往下一共被均分成六段，在軸向壓縮時產(chǎn)生漸進穩(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，其中實線表示非凸二十邊形管沖擊カ曲線，虛線表示橫隔板加強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，沖擊カ曲線在第一個峰值后急劇下降，能量吸收效率較低，而橫隔板加強非凸二十邊形管由于變形是漸進穩(wěn)定的，其沖擊カ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(単位質(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 O. 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1.一種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，包括一個薄壁管，其特征在于所述薄壁管內(nèi)至少設(shè)有一個橫隔板，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所述的ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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所述的ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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所述的ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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所述的ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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所述的ー種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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。
專利摘要一種橫隔板加強的薄壁能量吸收管，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)。本實用新型所述的橫隔板加強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B60R21/02GK202641871SQ20122026971
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者劉書田, 唐智亮 申請人:大連理工大學