一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法技术

本发明专利技术涉及车辆用吸能结构技术领域，公开一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、选择吸能结构，所述吸能结构是由微元胞吸能体沿X向和Y向依次阵列构成的吸能结构，微元胞吸能体沿X向和Y向阵列规模大于6排；步骤S2、将吸能结构由外向内或由内向外划分为N圈不同的区域，吸能结构的中央区域为第1圈区域，中央区域外的区域依次为第2圈区域、第3圈区域

【技术实现步骤摘要】
一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法


[0001]本专利技术属于汽车用吸能结构
，具体涉及一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车成为世界各国发展的重要方向。其中，电动汽车的应用相对成熟，由于电池系统的引入，一定程度上提高了传统内燃机能源的利用效率，实现了节能环保、可持续发展的目的。但是，电动汽车在汽车发生碰撞事故时不稳定，容易自燃，这使得驾驶员的生命财产安全受到了严重的威胁。因此，具有优异性能的吸能结构是亟待解决的，以增加汽车碰撞时动能的合理吸收，防止对电池系统带来不可估量的损伤。
[0003]当前，关于吸能结构方面，主要分为三个手段：结构优化、材料替换以及填充结构。由于填充结构不影响原有设计并且提高空间很大，很多学者就此展开了大量研究，其中传统的六边形蜂窝结构应用最为广泛。例如中国专利CN 211138428 U提出了“一种蜂窝填充的汽车顶盖”，增强了汽车顶棚的吸能效果。进一步地，中国专利CN 105398099 A提出了“一种梯度蜂窝结构”，其填充于发动机罩、车门等大型车身覆盖件内部，取得了优异的吸能效果。还有一些专利提出了一系列负泊松比填充结构，例如中国专利CN 111301525 A提出了“一种负泊松比蜂窝结构填充的汽车前纵梁”，利用结构的负泊松比特性进一步提高部件的耐撞性。但是上述类型的专利有两点不足：其一，他们考虑的应用场景是理想的轴向冲击，这种工况会使得吸能结构展现出十分优异的吸能效果，但是其发生的概率是很小的，在实际的交通事故中，往往是伴随着一定的冲击倾角，吸能结构也面临着非理想的吸能状态。其二，关于负泊松比结构，其利用轴向压缩时的收缩行为，一定程度上增加了吸能量，但是负泊松比结构具有明显的各向异性，在角度冲击下，其负泊松比效应会逐渐消失，吸能效果反而大打折扣。因此，如何提高现有吸能结构非轴向冲击下的吸能性，使其在各冲击角度下均具有很好的吸能能力是当前急需解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，该方法将现有由微元胞吸能体沿X向和Y向依次排列构成的吸能结构由外向内或由内向外划分为N圈，微元胞吸能体的壁厚由外圈向内圈依次递减，使吸能结构为环形梯度分布形式，当局部受到冲击时，吸能结构中央最薄弱的区域优先变形，之后以波的形式调动周围的结构一同参与缓冲吸能的过程中，使得整体吸能结构向载荷处聚集，大大提升结构的利用率，使其在各冲击角度下均具有很好的吸能能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是采用如下技术方案实现的：
[0006]一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤S1、选择吸能结构，所述吸能结构是由微元胞吸能体沿X向和Y向依次阵列构成的吸能结构，微元胞吸能体沿X向和Y向阵列规模大于6排；
[0008]步骤S2、将吸能结构由外向内或由内向外划分为N圈不同的区域，吸能结构的中央区域为第1圈区域，中央区域外的区域依次为第2圈区域、第3圈区域
……
第N圈区域，吸能结构最外圈区域的微元胞吸能体的壁厚保持不变，之后按照微元胞吸能体的壁厚由第N圈区域向第1圈区域依次递减的方式对吸能结构的壁厚进行加工，使吸能结构为环形梯度分布形式。
[0009]作为本专利技术的优选，所述第1圈区域至第N圈区域的大小不同，但形状一致，均为圆形区域、椭圆形区域、长方形区域、正方形区域或多边形区域；相邻两圈区域之间的间距相同或不同。
[0010]作为本专利技术的优选，所述微元胞吸能体包括正六边形的微元胞吸能体。
[0011]作为本专利技术的优选，所述N控制在3
‑
10。
[0012]作为本专利技术的优选，所述正六边形的微元胞吸能体的边长为l、壁厚为t、夹角为120
°
，最外圈区域的微元胞吸能体的壁厚t设计为l/5
‑
l/10之间，且小于2mm，最内圈的微元胞吸能体的壁厚t大于0.1mm；相邻两圈区域的微元胞吸能体的壁厚的差值控制在0.1
‑
0.5mm。
[0013]本专利技术还提供一种仿生蜘蛛网的环形梯度分布的吸能结构，该吸能结构具有冲击角度适应性，在轴向与角度冲击下均能发挥很好的耐撞性，解决汽车实际碰撞过程中的非理想工况下的吸能问题。
[0014]一种仿生蜘蛛网的环形梯度分布的吸能结构，该吸能结构包括微元胞吸能体，微元胞吸能体沿X向和Y向依次阵列，微元胞吸能体沿X向和Y向阵列规模大于6排；所做的改进是：所述吸能结构由外向内或由内向外被划分为N圈不同的区域，微元胞吸能体的壁厚由外圈区域向内圈区域依次递减，使吸能结构为环形梯度分布形式；所述N的取值范围为3
‑
10。
[0015]作为本专利技术的优选，所述微元胞吸能体包括正六边形的微元胞吸能体，正六边形的微元胞吸能体的边长为l、壁厚为t、夹角为120
°
，最外圈区域的微元胞吸能体的壁厚t设计为l/5
‑
l/10之间，且小于2mm，最内圈区域的微元胞吸能体的壁厚t大于0.1mm；相邻区域的微元胞吸能体的壁厚的差值控制在0.1
‑
0.5mm。
[0016]作为本专利技术的优选，所述的N圈不同的区域的大小不同，但形状一致，均为圆形区域、椭圆形区域、长方形区域、正方形区域或多边形区域；相邻两圈区域之间的间距相同或不同。
[0017]作为本专利技术的优选，所述吸能结构为3D打印的一体式结构。
[0018]与现有技术相比本专利技术的优点和有益效果是：
[0019](1)本专利技术提供的提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法通过将现有吸能结构加工成为环形梯度分布形式，利用环形梯度分布的结构吸能；当吸能结构局部受到冲击时，环形梯度分布的吸能结构中央最薄弱的区域优先变形，之后以波的形式调动周围的结构一同参与缓冲吸能的过程中，使得整体吸能结构向载荷处聚集，大大提升结构的利用率，使其在各冲击角度下均具有很好的吸能能力，解决现有吸能结构在非轴向冲击下吸能效果不好的技术问题。
[0020](2)本专利技术提供的方法可以直接在现有吸能结构基础上进行加工，相对设计全新的具有冲击角度适应性的吸能结构，能够大大降低吸能结构的制造成本，减少材料浪费。
[0021](3)本专利技术提供的方法对吸能结构没有限制，可以为正泊松比吸能结构，也可为负
泊松比吸能结构，只要将吸能结构加工成环形梯度分布形式后，该吸能结构在角度冲击下便可表现出优异的吸能性，且吸能性明显优于未加工成环形梯度之前。
[0022](4)本专利技术提供的仿生蜘蛛网的环形梯度分布的吸能结构相比于传统蜂窝结构和沿竖直方向梯度分布的蜂窝结构，在吸能性上得到了很大提升；在有角度冲击时，传统吸能结构和沿竖直方向梯度分布的蜂窝结构均会将远端结构向外挤出，而环形梯度分布的吸能结构利用中央薄弱区优先变形，之后以波的形式调动周围的结构一同参与缓冲吸能的方式，会将远端结构向内侧聚集，大大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1、选择吸能结构，所述吸能结构是由微元胞吸能体沿X向和Y向依次阵列构成的吸能结构，微元胞吸能体沿X向和Y向阵列规模大于6排；步骤S2、将吸能结构由外向内或由内向外划分为N圈不同的区域，吸能结构的中央区域为第1圈区域，中央区域外的区域依次为第2圈区域、第3圈区域
……
第N圈区域，吸能结构最外圈区域的微元胞吸能体的壁厚保持不变，之后按照微元胞吸能体的壁厚由第N圈区域向第1圈区域依次递减的方式对吸能结构的壁厚进行加工，使吸能结构为环形梯度分布形式。2.根据权利要求1所述的一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，其特征在于，所述第1圈区域至第N圈区域的大小不同，但形状一致，均为圆形区域、椭圆形区域、长方形区域、正方形区域或多边形区域；相邻两圈区域之间的间距相同或不同。3.根据权利要求1所述的一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，其特征在于，所述微元胞吸能体包括正六边形的微元胞吸能体。4.根据权利要求1所述的一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，其特征在于，所述N控制在3
‑
10。5.根据权利要求3所述的一种提高吸能结构非轴向冲击下吸能性的方法，其特征在于，所述正六边形的微元胞吸能体的边长为l、壁厚为t、夹角为120
°
，最外圈区域的微元胞吸能体的壁厚t设计为l/5
‑
l/10之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鸿宇，薛桂连，王登峰，田广东，蒲永锋，马芳武，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：