仿竹子結構的保險槓系統的製作方法

2023-05-30 00:52:51 2

本發明涉及一種保險槓系統吸能結構，特別涉及一種仿生吸能結構。

背景技術：

在我國公路行駛過程中，車碰撞安全問題一直是備受關注的話題，汽車輕量化和高吸能設計已經成為當今汽車領域的熱點話題。因此，設計合理的車輛前後部吸能結構是發生碰撞後減少對成員傷害的有效措施之一。保險槓系統主要由保險槓橫梁、吸能盒以及安裝託架等組成。其中，橫梁是汽車碰撞安全性的關鍵零部件，主要作用是將碰撞能量均勻地傳遞給吸能盒，同時防止內侵量過大造成發動機前部件的損壞，同時造成成員空間擠壓威脅成員安全；吸能盒的作用是通過自身的壓潰變形將碰撞中產生的能量轉化為內能，吸收能量，並將由前橫梁傳遞來的碰撞力均勻地傳遞到車身兩個前縱梁骨架上。目前，為了提高前後部吸能結構的特性，設計了多種類型的保險槓，如：夾層式保險槓、可伸縮式吸能梁等，旨在通過提高保險槓的耐撞性與吸能特性，從而保護乘員及貴重物品安全。現有的保險槓裝置遇到很多問題，例如存在製造成本高、安裝不方便及結構複雜等缺點，同時普遍存在質量大、吸能效率低的特點，而通過仿生設計的方法來設計出輕質高吸能的保險槓是一種新方法。

研究汽車保險槓的碰撞特性和碰撞過程中的吸能特性，提高保險槓吸能盒在碰撞過程中的吸能性能，對於提高汽車的碰撞安全性具有重要的意義。

技術實現要素：

本發明針對現有保險槓設計等方面的不足，提供一種能提高汽車耐撞性的仿竹結構的保險槓系統。

本發明是由保險槓橫梁和吸能盒組成，保險槓橫梁是由前圓弧形面板、後圓弧形面板、蓋板組成，保險槓橫梁輪廓上焊接有仿生加強筋，若干個仿生加強筋分布在保險槓橫梁輪廓，仿生加強筋的存在能夠保證保險槓橫梁一定剛度的同時，提高其抗彎性能，在汽車碰撞過程中更穩定。

仿生吸能盒由仿生外殼、仿生內管與約束筋板組成，仿生外殼是具有相同內徑和不同壁厚的變壁厚六邊形管，壁厚自上而下逐漸增大；仿生內管是具有相同內徑和不同壁厚的變壁厚六邊形管，壁厚自上而下逐漸增大；六個約束筋板均勻的圓周分布，六個約束筋板將仿生外殼和仿生內管連接在一起。變化的壁厚能夠降低質量同時，提高其比吸能效率。

保險槓橫梁的仿生加強筋能夠增強汽車的碰撞性，仿生吸能盒吸收能量的能力增強，在提高其比吸能的同時降低保險槓系統碰撞的峰值。保險槓橫梁和仿生吸能盒兩者結合起來可以使得保險槓系統輕質高效。

本發明根據竹子徑向、軸向的宏微觀結構，提取影響竹材優良性能的結構特徵參數。宏觀上得出竹節隨著竹竿高度的規律分布，參照竹子竹節結構的分布及內嵌式結構，並將其應用到保險槓橫梁的結構設計中。設計出一種具有竹子竹節結構特徵的仿生橫梁結構微觀上得出維管束沿竹青——竹肉——竹黃的梯度分布規律，結合竹子自下而上壁厚變小的結構，從而設計出一種具有兩層變化的壁厚的六邊形仿生吸能盒結構

保險槓橫梁的結構是將竹子的竹節特徵應用到保險槓的橫梁輪廓面上。

所述仿生吸能盒的仿生設計方法：

根據竹節壁厚的變化規律，可以得到壁厚變化規律，設計一種雙層變壁厚的六邊形仿生吸能盒，其中，仿生吸能盒的三段長度符合竹節在竹莖幹上的分布特點規律，壁厚變化規律符合竹壁厚隨竹節數目變化的分布特點規律，通過對竹子的切片處理之後進行電鏡掃描觀察維管束的梯度變化規律，並將其簡化為普通加強筋，用於連接內外仿生管，從而建立相應的仿生吸能盒結構。

本發明的有益效果：

本發明利用竹子自身的優良結構特性，對保險槓的橫梁和吸能盒進行仿生設計，不僅能夠提高吸能盒的軸向吸能能力，而且降低吸能盒的質量及其碰撞過程中的峰值載荷。同時對保險槓橫梁的結構進行改進，使其整體性好、剛度高、吸能效果好以及抗彎變形能力強的特點，從而提高汽車的耐撞安全性。

附圖說明

圖1為本發明的立體示意圖。

圖2為本發明的仿生吸能盒立體示意圖。

圖3為本發明之仿生吸能盒的仿生內管立體示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明是由保險槓橫梁1和仿生吸能盒6組成，保險槓橫梁1是由前圓弧形面板2、後圓弧形面板4和蓋板3組成，保險槓橫梁1輪廓上焊接有仿生加強筋5，若干個仿生加強筋5分布在保險槓橫梁1輪廓，仿生加強筋5的存在能夠保證保險槓橫梁1一定剛度的同時，提高其抗彎性能，在汽車碰撞過程中更穩定。吸能盒6設置在後圓弧形面板4上。

請參閱圖2所示，仿生吸能盒6由仿生外殼7、仿生內管8與約束筋板9組成，仿生外殼7是具有相同內徑和不同壁厚的變壁厚六邊形管，壁厚自上而下逐漸增大，仿生外殼7是由第一段外殼71、第二段外殼72、第三段外殼73自上而下連接構成，第一段外殼71、第二段外殼72和第三段外殼73的內徑相同，但是，第一段外殼71外徑小於第二段外殼72外徑，第二段外殼72外徑小於第三段外殼73外徑；仿生內管8是具有相同內徑和不同壁厚的變壁厚六邊形管，壁厚自上而下逐漸增大，如圖3所示，仿生內管8是由第一段內管81、第二段內管殼82、第三段內管殼83自上而下連接構成，第一段內管81、第二段內管82和第三段內管83的內徑相同，但是，第一段內管81外徑小於第二段內管82外徑，第二段內管82外徑小於第三段內管83外徑；六個約束筋板9均勻的圓周分布，六個約束筋板9將仿生外殼7和仿生內管8連接在一起。變化的壁厚能夠降低質量同時，提高其比吸能效率。

保險槓橫梁1的仿生加強筋5能夠增強汽車的碰撞性，仿生吸能盒6吸收能量的能力增強，在提高其比吸能的同時降低保險槓系統碰撞的峰值。保險槓橫梁1和仿生吸能盒6兩者結合起來可以使得保險槓系統輕質高效。