一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置

1.本发明涉及交通运输领域，尤其涉及一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置。


背景技术：

2.吸能器的设计是轨道列车被动安全防护设计的重要一环，吸能器通过转化列车的撞击动能并将其耗散，从而对乘员的生命安全提供可靠的保护。
3.在当今各式各样的吸能器当中，以金属薄壁结构的塑性变形来耗散能量的吸能器最为常见。以金属薄壁管为例，在受到轴向压缩时，理想的金属管会表现为渐进式的屈曲叠缩，从而逐层产生各种规则的褶皱，将撞击动能转化为塑性变形能而耗散掉。金属管产生的这些褶皱可能是对称的、非对称的或者混合式的，每产生一组褶皱，对应的薄壁通常存在有水平绞线和延展两种变形行为，从而对应有绞线吸能和延展吸能两种耗能模式。金属薄壁管的变形行为反应在力-位移曲线上，撞击力包含有一个短而急促的大峰值与一长段有着小波动的平台区段。平台区段行程通常能达到金属管轴长的70％以上，因此金属薄壁管被认为拥有较为理想的平稳吸能能力。
4.但是随着轨道列车运行速度的上升以及列车碰撞标准的提高，简单的金属薄壁管作为吸能器已经越来越难以满足对碰撞吸能的更高需求。简单来说当前常见的吸能器有着以下不足：传统金属薄壁管虽然吸能相对平稳，但是不可避免存在撞击力峰值、平台力波动等现象，对吸能带来不利影响；渐进式屈曲对于金属管件的内径、外径、轴长等有着较高要求，长径比过大的管件轴压过程表现为低效的长杆化欧拉失稳，管壁过厚的管件轴压甚至不会表现为薄壁结构的屈曲变形，这些现象都对吸能带来了巨大不利影响，但是随着对轨道列车吸能器的高吸能量需求，吸能器结构设计又不得不通过增大管厚、管长等方式来提升吸能，二者之间存在着难以调和的矛盾；再者，金属管件薄壁结构吸能器的总吸能量在生产之后便是固定的，难以通过简单手段更改吸能量大小，无法满足当今吸能器对于根据不同吸能需求精确控制吸能量大小的设计目标。
5.与此同时，摩擦是一种古老的能量转化与耗散方式，可能有着几千年的历史，实验表明摩擦过程中力-位移曲线表现非常平稳，这是一种高效的耗能行为，在能量吸收角度来看可以认为优于简单薄壁吸能器的能量吸收曲线。在现代，以摩擦实现车辆制动已经是最为经典的制动方式之一。但是由于没有成熟的结构设计与已有轨道车辆吸能器兼容、缺乏对吸能量的可靠评估等内在、外在原因，以摩擦行为实现能量耗散的原理并未在轨道列车的碰撞专用吸能器上得到工程应用。


技术实现要素：

6.为了克服以上技术问题，本发明目的是提供一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，可通过框架式摩擦进行吸能，进一步其内还设有自定义空腔，可以放入自定义内容物，通过可灵活调整的自定义内容物改变总成结构的总摩擦耗能量，适应多种多样的实际
耗能场景。
7.本发明提供了如下的技术方案：
8.一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，包括具有凹凸结构的防爬齿(1)，还包括设于所述防爬齿(1)后的用于将撞击力均匀向后传递的匀力端板(2)，所述匀力端板(2)后固定连接有若干左右对称的摩擦杆(2)，摩擦杆(2)的另一端连接于底座(4)，所述底座(4)上设有用于安装定位的安装孔(41)和若干个左右对称的摩擦孔(42)，所述摩擦杆(2)对应穿过所述摩擦孔(42)中，所述摩擦杆(3)与所述摩擦孔(42)之间为过盈配合；所述摩擦杆(3)、所述匀力端板(2)和所述底座(4)之间构成框架式的摩擦耗能模式；还包括固定于所述匀力端板(2)和所述底座(4)之间的可自定义的用于吸收碰撞能量的吸能内容物(5)。
9.在上述实施方案中，框架式的摩擦耗能以摩擦的方式进行耗能，而框架内的吸能内容物在进一步吸收更多能量的同时根据自己的特点为装置整体增加了用户可自定义的更为独特的吸能行为
10.根据一些实施方式，对于所述摩擦杆(3)和所述摩擦孔(42)为彼此对应的方形，其包括纵横两个不同的平面过盈配合，框架式的摩擦耗能的大小可以根据实际吸能需求进行调节，对于平面过盈配合，接触应力σ的计算有式1：
11.σ＝e
*
.ε
ꢀꢀꢀ
(1)
12.式中，e
*
为综合弹性模量，ε为平均应变；
13.设过盈配合平面材料的弹性模量与泊松比分别为e1、e2与v1、v2，则综合弹性模量e
*
有式2：
[0014][0015]
平均应变ε的计算有式3：
[0016][0017]
式中，h1与h2为平面过盈配合两个接触体的长度，δ为过盈量；
[0018]
可得到平面过盈配合摩擦力ff与过盈量δ的关系如式4：
[0019][0020]
式中，μ为摩擦系数，s为接触面积，根据式4可知摩擦力ff与过盈量δ相关。
[0021]
根据一些实施方式，所述摩擦孔(42)和摩擦杆(3)为对应的4个，根据单个所述摩擦杆(3)对应的纵横两个不同的平面过盈配合，设横向与纵向过盈量分别为δ1与δ2，则根据式4分别计算对应的摩擦力f
f1
与摩擦力f
f2
，所述摩擦杆(2)和所述摩擦孔(42)产生的摩擦总耗能为有式5：
[0022]ef
＝8(f
f1
+f
f2
)l
ꢀꢀꢀ
(5)
[0023]
上式中l为摩擦行程，即所述匀力端板(5)向后平移的距离。
[0024]
根据一些实施方式，制作所述吸能内容物(5)的材料选自多孔材料、简单薄壁结构、填充组合结构、蜂窝结构、多管组合结构和梯度串连结构中的一种或任意组合。
[0025]
根据一些实施方式，所述多孔材料选自泡沫铝；所述蜂窝结构选自铝蜂窝、nomex
蜂窝和异形蜂窝之中的任一种或任意组合；所述简单薄壁结构选自铝合金管、不锈钢管和碳纤维管之中的任一种或任意组合；所述多管组合结构选自具有削峰效应、峰值错位效应的带隔板、打孔、开槽的多圆管或方管组合。
[0026]
根据一些实施方式，所述吸能内容物(5)选自切削吸能装置、鼓胀吸能装置、缩径吸能装置和叠缩吸能装置中的任一种。
[0027]
根据一些实施方式，制作所述摩擦杆(3)的材料选自铜基粉末冶金材料、65mn钢、灰铸铁或玻璃纤维聚合物，所述摩擦孔(42)的孔洞内壁表面设有耐磨材料，耐磨材料选自碳陶复合材料。
[0028]
根据一些实施方式，制作所述底座(4)的材料选自碳陶复合材料、铝合金或不锈钢。
[0029]
根据一些实施方式，制作所述底座(4)的摩擦孔(42)外围的基体的材料选自碳陶复合材料、铝合金或不锈钢。
[0030]
根据一些实施方式，所述摩擦孔(42)的形状选自圆形或矩形。
[0031]
相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
[0032]
本发明提供的可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其包括框架式的摩擦吸能和可自定义的吸能内容物。摩擦耗能以过盈配合为原理，该吸能装置具有框架式的摩擦耗能结构，设计巧妙、结构简单、拆装方便，通过简单调整改变结构的总摩擦耗能量，从而适应多种多样的实际耗能场景，如高速列车碰撞的更高耗能需求、城轨列车碰撞对于耗能量、轻量化的综合需求等场景。
[0033]
本发明还根据框架式结构的特点，在该吸能装置内部的容纳空间内进一步设计了可自定义的吸能内容物，制作该吸能内容物的材料选自绝大多数的多孔材料、管状薄壁结构、蜂窝状薄壁结构、组合式结构、梯度结构设计等可靠的耗能结构与材料，并且以叠缩式、缩径式、鼓胀式、切削式等为原理的大多数成熟吸能器均可以进一步与本发明进行组合或复合，兼容的设计进一步提升了现有吸能器的吸能能力，增强了使用灵活度，扩大了吸能器的应用场景。
附图说明
[0034]
图1为本发明提供的实施例一的示意图。
[0035]
图2为本发明提供的实施例一的爆炸图。
[0036]
图3为本发明提供的实施例一的底座示意图。
[0037]
图4为本发明提供的实施例一的框架式摩擦耗能部分原理拆解分析图。
[0038]
图5为本发明提供的可自定义的吸能内容物举例图。
[0039]
图6为本发明提供的实施例二的吸能行为和分析图。
[0040]
图7为本发明提供的实施例三的组装示意图。
[0041]
图8为本发明提供的实施例四的底座的摩擦孔示意图。
[0042]
附图中标号为：
[0043]
防爬齿1；匀力端板2；摩擦杆3；底座4；安装孔41；摩擦孔42；吸能内容物5。
具体实施方式
[0044]
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
[0045]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”，“后”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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，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。
[0046]
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0047]
实施例一
[0048]
如图1，该实施例提供了一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置的总成，如图2，其由防爬齿1、匀力端板2、方形的摩擦杆3、底座4和可自定义的吸能内容物5组成。
[0049]
防爬齿1采用刚性金属制成，是轨道车辆的基本结构之一，其形式较为统一，具有凹凸结构，可防止车辆发生碰撞时一列车爬到另一列车上，此为现有技术，不再赘述。匀力端板2以刚性金属制成，固连在防爬齿1的后端，用于将撞击力均匀向后传递。匀力端板2后端则固连有方形的摩擦杆3，吸能内容物5根据具体情况采用合适方式固连在匀力端板2和底座4之间。
[0050]
如图3.a所示，底座4由刚性材料制成，其上开有4个安装孔41与4个左右对称的摩擦孔42。如图3.b底座4的材料根据实际需求有多种形式，如图3.b的左图为制造整体的材料均为摩擦材料，如图3.b的右图为基体与摩擦结构的材料为分离式。安装孔41用于将摩擦吸能装置安装在轨道车辆的端部，安装孔41的数量并没有限制，只需要保证底座4可靠固连在轨道车辆的底架横梁之上。摩擦孔42的数量与摩擦杆3的数量对应匹配，所述摩擦孔42的孔洞内壁表面设有专用的耐磨材料，耐磨材料可选自碳陶复合材料。在本实施例中，摩擦孔42为四根，分别对称设于底座4的上下左右表面。
[0051]
方形的摩擦杆3为刚硬的摩擦材料，如实心的铜基粉末冶金材料，其顶端固连在匀力端板2之上，尾端则插入底座4的摩擦孔42中并从中穿过。摩擦杆3与摩擦孔42为过盈配合。在本实施例中设置了四根摩擦杆3，它们与匀力端板2、底座4一起构成了一个规则的六面体框架。
[0052]
本实施例整个底座4的基体既可以均由刚性耐磨材料制备，如碳陶复合材料；也可根据具体情况对底座4的基体使用更为低廉可靠的一般结构材料，如铝合金、不锈钢材质，而只在摩擦孔42附近使用专用耐磨材料，如碳陶复合材料。摩擦杆3的尾端从底座4的摩擦孔42穿过，二者为过盈配合，在撞击中发生激烈摩擦，通过改变摩擦孔42与摩擦杆3的过盈量可控制整个吸能器的能量吸收。
[0053]
如图5，吸能内容物5固连在匀力端板2与底座4之间，具体而言，吸能内容物5可以
是蜂窝结构、多孔材料、简单管件、多管组合等结构或材料以及它们之间的进一步组合、复合结构，根据结构具体吸能需求有很强的设计自由度。吸能内容物5通常选择通过塑性压溃大变形吸能的结构，而匀力端板2与底座4则分别作为上下压板对吸能内容物5进行轴向压缩。当然吸能内容物5也可使用已经成熟的切削式、缩径式、鼓胀式吸能装置，只需要满足合理的空间要求且结构的核心耗能行为需要通过两块平行的平面压缩来启动，通常都适用于本发明的吸能内容物5。
[0054]
该可自定义的吸能内容物的框架式摩擦吸能器的工作原理是：将摩擦吸能器以左右对称的形式安装在轨道列车底架横梁前端，在列车发生碰撞时将撞击动能转换为摩擦热能和塑性变形能等，从而对列车乘员起到被动安全保护的作用。
[0055]
具体而言，本发明的耗能行为可以分为两个部分，一是框架式摩擦结构的耗能，二是可吸能内容物的耗能。
[0056]
如图4所示框架式摩擦结构的吸能部分原理拆解过程，其中图4.a为结构局部放大图，其中a、b分别为两个视角的剖面示意图；图4.b为根据图4.a的撞击力-位移曲线示意图，其中单组摩擦耗能是指一根摩擦杆与摩擦底座之间摩擦在行程内消耗的总能量，摩擦总耗能为单组摩擦耗能的叠加即所有摩擦杆摩擦的总耗能，当列车发生碰撞时，前端匀力端板2带着固连在其上的四根摩擦杆3向后运动，摩擦杆3与底座4的摩擦孔42过盈配合，从摩擦孔42中向后穿过并发生激烈摩擦，耗散大量能量。相比于传统的耗能行为，摩擦耗能是一种相对平稳的耗能，整体来看没有很大的撞击力峰值或者波动非常剧烈的平台力，因此可以对乘员提供更为可靠的被动安全防护。
[0057]
进一步的，框架式摩擦耗能的大小可以根据实际吸能需求进行调节，对于本发明的平面过盈配合，接触应力σ的计算有式1：
[0058]
σ＝e
*
.ε
ꢀꢀꢀ
(1)
[0059]
式中的e
*
为综合弹性模量，ε为平均应变；
[0060]
设过盈配合平面材料的弹性模量与泊松比分别为e1、e2与v1、v2，则综合弹性模量e
*
有式2：
[0061][0062]
平均应变ε的计算有式3：
[0063][0064]
式中h1与h2为平面过盈配合两个接触体的长度，δ为过盈量。
[0065]
于是可以得到平面过盈配合摩擦力ff与过盈量δ的关系如式4：
[0066][0067]
式中的μ为摩擦系数，s为接触面积，根据式4可知摩擦力ff与过盈量δ相关。
[0068]
对于本发明的摩擦耗能部分，包含了两种不同的平面过盈配合，设横向与纵向过盈量分别为δ1与δ2，如图4.b所示。则根据式4分别计算对应的摩擦力f
f1
与摩擦力f
f2
，本发明的摩擦总耗能有式5：
[0069]ef＝8(f
f1
+f
f2
)l
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0070]
式中l为摩擦行程，即匀力端板2向后平移的距离。
[0071]
由此，通过改变摩擦杆3与底座4的摩擦孔42之间的过盈量的大小，可以控制摩擦耗能大小，从而根据轨道列车的实际耗能需求在结构设计阶段设计出更为合适的吸能器。
[0072]
进一步的，本发明的摩擦吸能器的匀力端板2、底座以及四根摩擦杆3构成了一个框架式结构，如同压缩机的上下端板以及四根边轴一般。
[0073]
本发明进一步在框架结构的内部安排了一个吸能行程等同于摩擦杆3的摩擦行程的可自定义区间，可以自由选择各类吸能内容物，从而满足各种更高的耗能需求。
[0074]
图5对可自定义的吸能内容物5进行了举例，其中a为多孔材料，b为简单薄壁结构，c为填充组合结构，d为蜂窝结构，e为多管组合结构，f为梯度串连结构。自定义内容物5包括但不限于上述结构。其中多孔材料，如泡沫铝；蜂窝结构，如铝蜂窝、nomex蜂窝和异形蜂窝；简单薄壁结构，如铝合金管、不锈钢管和碳纤维管；多管组合结构，如具备削峰效应、峰值错位互补的开槽、开孔、带隔板的多方管组合、多圆管组合；以及上述材料与结构的进一步组合或复合；如薄壁管内部填充多孔材料、蜂窝结构，梯度的串联叠加结构等。其中，多孔材料与蜂窝结构具有质量轻、撞击力平稳的优点；简单薄壁结构可以是叠缩变形的，也可以是撕裂卷曲变形的，往往具有成本低廉，吸能可靠等优点；多管组合结构则可以通过开孔、开槽、隔板、高度差等设计实现削峰效应、峰值错位互补等功能，在简单薄壁结构的基础上进一步提升了某方面的吸能性能；组合或复合式结构则通常兼顾多种组分之所长，往往还会产生更为独特的机械性能；梯度结构则可以实现当今吸能结构需求的分级吸能、阶梯能级等功能。总的来说，上述材料与结构非常适配于本发明可自定义内容物，发生撞击在匀力端板2向后移动的过程中，匀力端板2与底座4组成为一对压板，对可自定义的吸能内容物5进行了轴向压缩，从而这些吸能内容物5发生了塑性大变形，耗散了大量撞击动能。
[0075]
进一步的，本发明的可自定义的吸能内容物5并不局限于吸能结构或材料，现有技术中成熟经典的吸能装置本身也可以应用于本发明的内部，例如切削吸能装置、鼓胀吸能装置、缩径吸能装置和叠缩吸能装置。这些吸能装置虽然吸能原理各不相同，但往往都包含了一组平行的匀力板来启动对应的吸能行为，且变形空间相对固定，因此在安装空间等条件允许的情况下，本发明的可自定义内容物的框架式摩擦吸能器可以与大多数成熟的吸能装置进行进一步复合，具有较强的设计自由度。
[0076]
实施例二
[0077]
如图6.a，本实施例以简单多孔材料为可自定义内容物为例，对本发明的吸能行为进行了描述。图中可见，自定义内容物5为简单的多孔材料，多孔材料固连在匀力板与底座之间。如图6.b，当轨道列车发生撞击时，四根摩擦杆3在前端匀力端板的作用下向后移动，与底座4的摩擦孔过盈配合发生摩擦耗散能量，与此同时匀力端板与底座4之间的多孔材料受到了端板的挤压发生塑性大变形，耗散能量。如图6.c为根据图6.a和图6.b中具有多空材料的吸能内容物的撞击力-位移曲线示意图，吸能装置的耗能总和是摩擦耗能与可自定义的吸能内容物耗能之和，因此除了改变摩擦杆3与底座4的摩擦孔42之间的过盈量的大小控制耗能大小外，通过安排与调整不同的可自定义内容物可以提供更为多样与方便的耗能大小调整途径。
[0078]
实施例三
[0079]
如图7.a为现有公开的中国发明专利中的附图，该专利的公开号为cn113635932b，该发明提供了一种以内嵌管式蜂窝填充薄壁结构为原理的梯度吸能装置，其耗能行为的启动方式便是通过两面平行的压板压缩，因此该已有发明除去防爬齿等吸能器通用部分外的结构就可以直接适用于本发明的可自定义内容物，只需在多功能底座的中间部分增设一个让导杆穿过的孔洞即可，从而起到了兼顾本发明摩擦耗能的高耗能量、平稳吸能以及该发明中的梯度吸能性能的复合式吸能器。如图7.b，将上述梯度吸能装置作为本发明的吸能内容物。该结合在几乎不增加吸能器总体积的前提下显著提升了总耗能量，并具备摩擦和叠缩的复合式吸能行为，吸能过程更为平稳有序，且具备可控的分级吸能与多段能级。可以适应不同的撞击速度。
[0080]
实施例四
[0081]
本发明的摩擦杆3除了如实施例一中提供的方形外，在数量、形状、排列、材质等方面也可以有所不同，在保证发明的框架式结构的基础上，摩擦杆3与对应的摩擦孔42可以有更多形式，可以但不限于是矩形、圆形、椭圆形、梅花形或锯齿形，如图8所示，其中图8.a中底座4上设有左右对称的4个矩形的摩擦孔42，图8.b中设有6个左右对称的矩形的摩擦孔42，图8.c中设有4个圆形的摩擦孔42，图8.d中设有4个椭圆形的摩擦孔42。摩擦杆3的材料除了铜基粉末冶金材料外，也可以是65mn钢、灰铸铁、玻璃纤维聚合物等材料，在相同耗能量需求下这些材料相比于铜基粉末冶金材料所需要的过盈量一般会更低。通过摩擦材料对应的弹性模量、泊松比等参数调整摩擦杆、摩擦孔之间的过盈量，从而更为适应具体场景的吸能量需求。
[0082]
综上，可自定义内容物的框架式摩擦吸能器设计了利用摩擦耗能原理的吸能结构框架，并结合了框架式结构的优点，在内部安排了较大自由度的可自定义内容物设计空间，从而实现了高自由度、高适应性、可调可控、稳定可靠的复合式吸能。本发明的结构简单，安装方便、成本低廉，有效提升了轨道车辆的被动安全防护能力。本发明的核心吸能部分也使用于公路汽车、飞行器着地缓冲吸能结构设计领域，因此具有非常广泛的工程应用价值。
[0083]
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，包括具有凹凸结构的防爬齿(1)，其特征在于：还包括设于所述防爬齿(1)后的用于将撞击力均匀向后传递的匀力端板(2)，所述匀力端板(2)后固定连接有若干左右对称的摩擦杆(2)，摩擦杆(2)的另一端连接于底座(4)，所述底座(4)上设有用于安装定位的安装孔(41)和若干个左右对称的摩擦孔(42)，所述摩擦杆(2)对应穿过所述摩擦孔(42)中，所述摩擦杆(3)与所述摩擦孔(42)之间为过盈配合；所述摩擦杆(3)、所述匀力端板(2)和所述底座(4)之间构成框架式的摩擦耗能模式；还包括固定于所述匀力端板(2)和所述底座(4)之间的可自定义的用于吸收碰撞能量的吸能内容物(5)。2.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：对于所述摩擦杆(3)和所述摩擦孔(42)为彼此对应的矩形，其包括纵横两个不同的平面过盈配合，框架式的摩擦耗能的大小可以根据实际吸能需求进行调节，对于平面过盈配合，接触应力σ的计算有式1：σ＝e
*
·
ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，e
*
为综合弹性模量，ε为平均应变；设过盈配合平面材料的弹性模量与泊松比分别为e1、e2与v1、v2，则综合弹性模量e
*
有式2：平均应变ε的计算有式3：式中，h1与h2为平面过盈配合两个接触体的长度，δ为过盈量；可得到平面过盈配合摩擦力f
f
与过盈量δ的关系如式4：式中，μ为摩擦系数，s为接触面积，根据式4可知摩擦力f
f
与过盈量δ相关。3.根据权利要求2所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：所述摩擦孔(42)和摩擦杆(3)为对应的4个，根据单个所述摩擦杆(3)对应的纵横两个不同的平面过盈配合，设横向与纵向过盈量分别为δ1与δ2，则根据式4分别计算对应的摩擦力f
f1
与摩擦力f
f2
，所述摩擦杆(2)和所述摩擦孔(42)产生的摩擦总耗能有式5：e
f
＝8(f
f1
+f
f2
)l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)上式中l为摩擦行程，即所述匀力端板(5)向后平移的距离。4.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：制作所述吸能内容物(5)的材料选自多孔材料、简单薄壁结构、填充组合结构、蜂窝结构、多管组合结构和梯度串连结构中的一种或任意组合。5.根据权利要求4所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：所述多孔材料选自泡沫铝；所述蜂窝结构选自铝蜂窝、nomex蜂窝和异形蜂窝之中的任一种或任意组合；所述简单薄壁结构选自铝合金管、不锈钢管和碳纤维管之中的任一种或任意组合；所述
多管组合结构选自具有削峰效应、峰值错位效应的带隔板、打孔、开槽的多圆管或方管组合。6.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：所述吸能内容物(5)选自切削吸能装置、鼓胀吸能装置、缩径吸能装置和叠缩吸能装置中的任一种。7.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：制作所述摩擦杆(3)的材料选自铜基粉末冶金材料、65mn钢、灰铸铁或玻璃纤维聚合物，所述摩擦孔(42)的孔洞内壁表面设有耐磨材料，耐磨材料选自碳陶复合材料。8.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：制作所述底座(4)的材料选自碳陶复合材料、铝合金或不锈钢。9.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：制作所述底座(4)的摩擦孔(42)外围的基体的材料选自碳陶复合材料、铝合金或不锈钢。10.根据权利要求1所述可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，其特征在于：所述摩擦孔(42)的形状选自圆形或矩形。

技术总结
本发明涉及交通运输领域，其公开了一种可自定义内容物的框架式摩擦吸能装置，包括具有凹凸结构的防爬齿，还包括设于防爬齿后的用于将撞击力均匀向后传递的匀力端板，匀力端板后固定连接有若干左右对称的摩擦杆，摩擦杆的另一端连接于底座，底座上设有用于安装定位的安装孔和若干个左右对称的摩擦孔，摩擦杆对应穿过摩擦孔中，摩擦杆与摩擦孔之间为过盈配合；摩擦杆、匀力端板和底座之间构成框架式的摩擦耗能模式；还包括固定于匀力端板和底座之间的可自定义的用于吸收碰撞能量的吸能内容物。本发明提供的吸能装置，包括框架式的摩擦吸能和可自定义的吸能内容物，提升了现有吸能器的吸能能力，增强了使用灵活度，扩大了吸能器的应用场景。用场景。用场景。


技术研发人员：谢素超 鲁寨军 汪浩 刘杰夫 张静 郑诗伟 刘子楠
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/6/7