一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒

1.本发明涉及汽车碰撞吸能盒技术领域，具体涉及一种一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒。


背景技术：

2.汽车行业历经百年发展到今天，安全始终是重中之重。在现有的吸能盒中，存在一些严重的不足之处。首先，由于吸能盒的体积和重量较大，这会增加整车的重量和空气阻力，从而影响汽车的燃油效率。其次，现有的吸能盒在碰撞时的吸能效率有限，不能完全避免车辆和人员的损伤。此外，现有的吸能盒材料的生产成本也较高，这限制了它的广泛应用。
3.更深层次的问题在于，现有的吸能盒大多采用的是传统材料如金属，橡胶等，这些材料的吸能效率和强度有限。在设计上，现有的吸能盒往往采用单一的形状和结构，无法适应不同的碰撞情况。此外，现有的吸能盒不能同时具备轻量化、高强度和高吸能效率的特性，这在满足安全性和节能性方面面临挑战。
4.因此，开发新型吸能盒是必要的。新型吸能盒应该采用先进的材料和结构设计，如纤维增强复合材料、聚合物材料等，以提高吸能效率和强度，并具备轻量化和耐用性的特点。同时，新型吸能盒应该采用多种形状和结构设计，以适应不同碰撞情况，并实现更好的碰撞缓冲和保护效果。此外，新型吸能盒应该优化设计和制造工艺，以提高生产效率和降低成本，使其能够在广泛的汽车应用中得到推广和应用。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，旨能够有效解决现有技术中吸能盒结构单一、力学性能弱的问题，实现更好的吸能能力。
6.为实现上述技术目的，本发明提供了一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，于包括：吸能盒主体和辅助吸能柱；
7.所述吸能盒主体由正六边形薄壁管和每条边延伸一个六棱柱空腔以及含正六边形薄壁结构的内腔组成的类蜂窝状结构；
8.所述辅助吸能柱是由多个层板间隔排布及插入层板的竹节状薄壁管构成；其中层板与吸能盒主体的中间空腔形状大小一致，并通过焊接与中间空腔的内壁相连，层板轴向位置与六棱空腔上的溃缩槽所在水平面垂直；所述竹节状薄壁管为多个截断六棱锥壳体状的单元连接而成，其中相邻的两个单元之间通过一个倒置的单元连接在一起，所述截断六棱锥壳体状的下底面和上底面为大小不同但平行的正六边形。
9.在一较佳实施例中：所述辅助吸能柱环绕吸能盒体的中轴线均匀布置。
10.在一较佳实施例中：所述单元的下底面与倒置的单元的上底面连接，并且连接处与层板连接，倒置的单元的下底面与下一个单元的上底面连接。
11.在一较佳实施例中：所述的吸能盒主体六棱柱空腔具有间隔通槽。
12.在一较佳实施例中：所述通槽为条形槽，通槽的长槽方向与吸能盒轴向垂直，且相交于层板所在平面。
13.相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
14.1.本发明提供了一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，该吸能盒的结构是一种从竹节的宏观结构获得的结构，竹节拥有独特的结构特征和优异的力学性能，作为抗冲击管状结构耐撞性能极佳。
15.2.本发明提供了一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，具有空心六边形薄壁截面受压时具有良好的稳定性能，同时设置竹节层板保证局部受压的稳定性能。竹间和竹节构成统一整体，协调变形，在面对不同的角度碰撞时也具备良好的吸能、抗弯作用。
16.3.本发明提供了一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，压缩有效率远高于传统吸能盒结构，类蜂窝吸能盒主体与竹节结构辅助吸能柱相结合，使其内部具有层级结构。受到轴向载荷时类蜂窝吸能盒较方形、圆形吸能盒有明显的吸能优势，受到横向载荷时吸能盒主体和辅助吸能柱所形成的层级结构能够更好实现吸能作用。
17.4.本发明提供了一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，该吸能盒采用铝合金材料，其良好的材料韧性能够使吸能盒主体的压溃诱导槽更容易实现多次数折叠变形，并且能够保证吸能盒的形变处于吸能效果最佳的形变范围内。辅助吸能柱内凹处与层板不处于同一平面，可实现逐层压溃的变形模式，增强吸能能力。
附图说明
18.图1为本发明吸能盒的整体结构示意图；
19.图2为本发明吸能盒的主视结构示意图；
20.图3为本发明吸能盒的俯视结构示意图；
21.图4为本发明吸能盒主体的结构示意图；
22.图5为本发明吸能盒辅助吸能柱结构示意图；
23.图6为本发明吸能盒辅助吸能柱爆炸结构示意图；
24.图7为本发明吸能盒辅助吸能柱俯视结构示意图；
25.图8为本发明吸能盒辅助吸能柱主视结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设
置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1至图8所示，一种竹节仿生的筒体结构吸能盒，包括吸能盒主体和辅助吸能柱，所述吸能盒主体为类蜂窝结构，辅助吸能柱是由层板和竹节状薄壁管构成。
30.如图4所示，吸能盒主体是由正六边形薄壁管101和每条边延伸一个六棱柱空腔103以及内腔102含正六边形薄壁结构，其截面呈类蜂窝状，结构强度好，且六棱柱空腔103间隔棱柱面上设有溃缩槽104，助力压缩变形更好吸收能量。
31.如图7所示，辅助吸能柱是由多个层板间隔排布及插入层板的竹节状薄壁管构成。其中层板201与吸能盒主体的中间空腔102形状大小一致，通过焊接的方式相连，层板201轴向位置与六棱空腔103上的溃缩槽104所在水平面垂直。考虑竹子应用在建筑结构上的抗震特性，通过研究竹子空腔竹节结构，从中得出仿生六边形薄壁吸能柱结构，所述竹节状薄壁管为多个截断六棱锥壳体状的单元连接而成，其中相邻的两个单元之间通过一个倒置的单元连接在一起，所述截断六棱锥壳体状的下底面203和上底面204为大小不同但平行的正六边形。
32.本发明吸能盒主体材料为金属，增强纤维复合材料为内衬。所述金属为铝合金材料，采用线切割制备技术，用于主体正六边形薄壁管101外壳、延伸六棱柱空腔103外壳、内腔102外壳以及辅助吸能柱整体结构。所述内衬为碳纤维复合材料，采用模具辅助制备，用于吸能盒主体延伸六棱柱空腔103和内腔102的内壁。所述外壳管与内衬通过加热固化的方式连接，内衬刚度、强度较大，外壳柔韧性较好，使用性能差异明显的材料可对其进行减重和性能强化。
33.工作原理：
34.当受到低速冲击时，本发明吸能盒主体最先发挥作用，类蜂窝薄壁管增强防撞强度。辅助吸能柱上底面204受到冲击载荷后，沿着连接单元棱柱处收缩，并将冲击载荷传递到下底面203和层板201上，此时吸能盒主体外壁上的溃缩槽104诱导变形。辅助吸能柱塑性变形吸收冲击载荷，冲击载荷同时在多个吸能体之间传导，增强吸能能力。两层板201间通过下底面204连接，使其形成底面敞开式六棱锥空壳，整体呈内凹形，呈负泊松比特性，在变形过程中整体结构向内变形引导溃缩。
35.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

技术特征：
1.一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，其特征在于包括：吸能盒主体和辅助吸能柱；所述吸能盒主体由正六边形薄壁管和每条边延伸一个六棱柱空腔以及含正六边形薄壁结构的内腔组成的类蜂窝状结构；所述辅助吸能柱是由多个层板间隔排布及插入层板的竹节状薄壁管构成；其中层板与吸能盒主体的中间空腔形状大小一致，并通过焊接与中间空腔的内壁相连，层板轴向位置与六棱空腔上的溃缩槽所在水平面垂直；所述竹节状薄壁管为多个截断六棱锥壳体状的单元连接而成，其中相邻的两个单元之间通过一个倒置的单元连接在一起，所述截断六棱锥壳体状的下底面和上底面为大小不同但平行的正六边形。2.根据权利要求1所述的一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，其特征在于：所述辅助吸能柱环绕吸能盒体的中轴线均匀布置。3.根据权利要求1所述的一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，其特征在于：所述单元的下底面与倒置的单元的上底面连接，并且连接处与层板连接，倒置的单元的下底面与下一个单元的上底面连接。4.根据权利要求1所述的一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，其特征在于：所述的吸能盒主体六棱柱空腔具有间隔通槽。5.根据权利要求4所述的一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，其特征在于：所述通槽为条形槽，通槽的长槽方向与吸能盒轴向垂直，且相交于层板所在平面。

技术总结
本发明提供了一种基于竹节仿生的筒体结构吸能盒，包括：吸能盒主体和辅助吸能柱；所述吸能盒主体由正六边形薄壁管和每条边延伸一个六棱柱空腔以及含正六边形薄壁结构的内腔组成的类蜂窝状结构；所述辅助吸能柱是由多个层板间隔排布及插入层板的竹节状薄壁管构成；其中层板与吸能盒主体的中间空腔形状大小一致，并通过焊接与中间空腔的内壁相连，层板轴向位置与六棱空腔上的溃缩槽所在水平面垂直；所述竹节状薄壁管为多个截断六棱锥壳体状的单元连接而成，其中相邻的两个单元之间通过一个倒置的单元连接在一起，所述截断六棱锥壳体状的下底面和上底面为大小不同但平行的正六边形。边形。边形。


技术研发人员：徐晓莉 张勇 黄文臻 张小玲 张锋
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/26