阅读说明：本技术 一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构 (Be applied to sandwich structure on car collision energy-absorbing box ) 是由 熊俊 张勇 黄文臻 林继铭 张锋 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构,包括：层叠设置的上层复合板、复合夹层和底层复合板；其中,上层复合板包括层叠设置的复合材料纤维布和钛金属板；复合夹层包括葫芦管薄壁结构和花环式蜂窝结构；底层复合板包括层叠设置的钛金属板和多孔金属材料。上述的三明治结构克服了传统碰撞吸能结构峰值应力高、低效、质量重等问题,能够设计出低峰值应力、高效、轻质的汽车碰撞吸能结构,达到安全、轻质、环保的汽车发展目标。(The invention provides a sandwich structure applied to an automobile collision energy absorption box, which comprises: the upper composite plate, the composite interlayer and the bottom composite plate are arranged in a stacked mode; the upper-layer composite board comprises composite material fiber cloth and a titanium metal plate which are arranged in a stacked mode; the composite interlayer comprises a calabash pipe thin-wall structure and a garland type honeycomb structure; the bottom layer composite board comprises a titanium metal plate and a porous metal material which are arranged in a stacked mode. The sandwich structure overcomes the problems of high peak stress, low efficiency, heavy weight and the like of the traditional collision energy-absorbing structure, can design the automobile collision energy-absorbing structure with low peak stress, high efficiency and light weight, and achieves the automobile development targets of safety, light weight and environmental protection.)

一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构

技术领域

本发明是一种的汽车碰撞三明治结构，属于汽车被动安全防护领域。

背景技术

随着汽车产业的不断发展，现目前已经成为国民经济重要支柱产业之一，截至2018年底，我国汽车保有量已达2.4亿辆。汽车数量的飞速增长，在给人民的生活带来便利的同时，也带来了较为严峻的安全问题和环保问题。因此，提高汽车安全性及环保性是目前全球汽车行业的共同目标。当汽车发生碰撞时，汽车横梁纵梁上的薄壁吸能盒结构通过压溃产生塑性变形来吸收碰撞产生的能量，进而最大可能的降低传递到乘员身上的碰撞能量，达到保护乘员的目的，故而汽车碰撞吸能盒至关重要。目前汽车碰撞吸能盒结构多为方形或圆管形构件，其峰值应力高、比吸能低，无法在汽车发生碰撞时达到较好的安全性能，同时目前大多数的碰撞吸能盒为了达到较高的耐撞性，其质量一般较重，而较重的车身质量所带来的就是更多的耗能和排放，因此当前的大多数吸能盒无法满足人们对车安全性、轻量化及环保性的要求。所以，设计具有低峰值应力、高吸能比、轻质的汽车防撞薄壁吸能盒具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的主要问题是克服传统碰撞吸能盒峰值应力高、低效、质量重等问题，设计出低峰值应力、高效、轻质的汽车碰撞吸能盒结构，达到安全、轻质、环保的汽车发展目标。

为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构，包括：层叠设置的上层复合板、复合夹层和底层复合板；

其中，上层复合板包括层叠设置的复合材料纤维布和钛金属板；复合夹层包括葫芦管薄壁结构和花环式蜂窝结构；底层复合板包括层叠设置的钛金属板和多孔金属材料；

所述葫芦管薄壁结构和花环式蜂窝结构组成阵列式排布，其中葫芦管薄壁结构位于阵列结构的四个顶角，花环式蜂窝结构位于阵列的其它位置；

所述葫芦管薄壁结构的特征曲线是由三段不同的正弦曲线组成，所述三段不同的正弦曲线分别为：y₁＝2sinx，y₂＝sinx，所述花环式蜂窝结构由三个圆、两段圆弧及八边形组成，其中两个圆沿着八边形的竖向对称轴分布，另一个圆设置在八边形的中心处；沿着八边形竖向对称轴分布的两个圆相切，并分别与八边形的上下两条边相切；两段圆弧的端点分别与沿着八边形竖向对称轴分布的两个圆相交，并且两段圆弧分别与八边形的左右两条边相切。

在一较佳实施例中：所述复合材料纤维布由芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维及金属纤维组成。

在一较佳实施例中：所述芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维及金属纤维从上到下分别以0°、45°、90°、135°的角度进行层压成型。

在一较佳实施例中：所述底层复合板的钛金属板与复合夹层的下表面接触。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

1.本发明提供了一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构，采用的是钛金属板，将其安放在复合夹层的两端，钛金属本身具有的高强度性能，能够在碰撞发生时，将产生的能量有效稳定的传递到复合夹层，有效防止碰撞力的传递方向突变，更加有效的利用复合夹层的吸能性，提高吸能效率。

2.本发明提供了一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构，主要通过中间的复合夹层来吸收能量。葫芦管薄壁结构能够有效的降低峰值应力，从而降低碰撞发生时车内乘员所面对的危险性，其多层的曲面结构，能有效的引导结构的塑性变形，从而达到高效吸能的目的。花环式蜂窝结构具有较高的比吸能，曲面的侧身能够适应多角度的碰撞情况，进而更有效的保护乘员安全。

3.本发明提供了一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构，所用材料为复合材料纤维布、钛金属、轻质铝合金、多孔金属材料，这些材料在满足安全性的同时，质量都比较小，满足轻量化的设计要求，符合环保主题。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明上层复合板剖视示意图；

图3是本发明上层复合板俯视示意图；

图4是本发明复合夹层结构示意图；

图5是本发明底层复合板结构示意图；

图6是本发明葫芦管薄壁结构示意图；

图7是本发明花环式蜂窝结构示意图；

具体实施方式

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下面结合具体实施例进一步阐述说明。应该说明的是：以下实施例仅用以说明本发明并非限制本发明所描述的技术方案，一切不脱离本范围的技术方案及其改进均应包括在本发明的权利要求范围当中。

本发明所提供的是一种应用于汽车碰撞吸能盒上的三明治结构，如图1所示，包括上层复合板101、复合夹层102、底层复合板103。

其中101上层复合板如图2和图3所示，包括复合材料纤维布201、钛金属板202；复合材料纤维布201是由芳纶纤维203、碳纤维204、玻璃纤维205及金属纤维206组成，其轴向强度高、质量轻、疲劳性好及热膨胀系数小等多种优点，可以提高吸能盒的耐撞性及多环境下的可适用性；钛金属板202与中间复合夹层102相接触，钛金属密度小，低温性能好、热强度高，能够适应恶劣天气下所发生的碰撞情况，其较大的强度能够很好的将碰撞产生的能量传递到中间的复合夹层，并由中间的复合夹层尽可能的吸收更多的碰撞能量。

其中，芳纶纤维层203、碳纤维层204、玻璃纤维层205、及金属纤维层206从上到下分别以0°、45°、90°、135°的角度进行层压成型，多角度的编织技术可以有效避免各项纤维材料自身的缺点所带来的负面影响，从而使得整个复合纤维布具有理想的性能。

复合夹层102如图4所示，由葫芦管薄壁结构301和花环式蜂窝结构302组成，葫芦管薄壁结构301如图6所示，花环式蜂窝结构302如图7所示。所述葫芦管薄壁结构301和花环式蜂窝结构302组成阵列式排布，其中葫芦管薄壁结构301位于阵列结构的四个顶角，花环式蜂窝结构302位于阵列的其它位置；所述葫芦管薄壁结构301的特征曲线是由三段不同的正弦曲线组成，所述三段不同的正弦曲线分别为：y₁＝2sinx，y₂＝sin x，采用三段不同的正弦曲线的原因是可以生成一个连接处过渡光滑的多层结构，且每一层都具有相似的特性，从而在整体上保证该结构有非常稳定的性能，让整个结构在受到碰撞时，可以稳定发挥其引导复合夹层中蜂窝部分逐层变形的作用。

所述花环式蜂窝结构302由三个圆、两段圆弧及八边形组成，其中两个圆沿着八边形的竖向对称轴分布，另一个圆设置在八边形的中心处；沿着八边形竖向对称轴分布的两个圆相切，并分别与八边形的上下两条边相切；两段圆弧的端点分别与沿着八边形竖向对称轴分布的两个圆相交，并且两段圆弧分别与八边形的左右两条边相切。

虽然单个葫芦管薄壁结构301的力学性能不及蜂窝结构，但其梯度化的多层设计更有利于引导结构受到碰撞时进行逐层的压缩变形，所以将此的葫芦管薄壁结构301安装在复合夹层的四个角，其目的是为了引导复合夹层在受到到碰撞冲击后，更好的进行逐层压缩变形，其余位置由花环式蜂窝结构302进行填充，其目的是为了弥补葫芦管薄壁结构301总吸能的不足。两者的组合，既能保证该三明治结构的吸收更多的能量，还能保证其吸能的效率足够的高。对称的夹层结构，可以有效应对多种角度的碰撞，葫芦管薄壁结构301不仅可以有效降低峰值应力，其曲面侧壁可以引导蜂窝进行塑性变形，进而更加高效的吸能，花环式蜂窝结构302具有更高的吸能比，能够稳定高效的吸收更多的碰撞能量。

如图5所示，底层复合板103由钛金属板401和多孔金属材料402组成，钛金属板401与中间的复合夹层102相接触，其较高的强度辅助中间的复合夹层102更高效率的吸收碰撞能量，另一层为多孔金属材料402，多孔金属材料402具有比重小、刚性、比强度好等特点，能够协助中间的复合夹层102吸收能量，其吸振性好的特点又可提高整个三明治结构的稳定性。

该三明治结构各部分之间通过粘合手段进行组合，制造手段简单。本发明采用的是纤维材料、钛金属、轻质铝合金、多孔金属材料等轻质材料，有效的满足了轻量化要求，在充分保证吸收碰撞能量的同时，足够轻的质量能有效降低汽车的能耗，从而降低排放污染，达到环保的汽车设计要求。

上文所述，仅为本发明较佳的实施范例，不能依此限定本发明实施的范围。即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。