[发明专利]台车碰撞实验中的组合式薄壁梁吸能法

说明书

技术领域：

汽车被动安全。

背景技术：

汽车被动安全研究的深入为人类提供了更安全的运输工具。而在汽车被动安全研究中需要开展大量的台车碰撞实验，而台车碰撞实验中的吸能装置则在台车碰撞实验中起非常重要的作用。现有的吸能装置包括电控液压吸能装置、截止杆液压吸能装置、聚胺脂吸能管、薄壁梁吸能管、钢丝(钢板)变形吸能装置等，但这些装置分别存在价格昂贵、运行成本过高、波形不易控制、操作烦琐、一致性差等问题。为此，急需一种价格低廉、操作简便、波形易控、重复性好的吸能技术，来满足大量的汽车零部件安全性能碰撞实验和大量的生物碰撞实验的需要。现有的薄壁梁吸能管均采用相同长度的单组方式，在碰撞实验中减速度波形出现幅度较大的波峰和波谷，特别是起始峰值较高，难以满足碰撞实验的需求。通过在薄壁梁上加诱导槽、精心设计薄壁梁的焊点位置等措施，对减速度波形有所改善，但无法从根本上解决问题。为此，本发明特提出一种新的解决方案。

发明内容：

本发明主要选用市场上销售的标准薄壁方型钢管，以组合方式构成吸能装置，减少单根(单组)薄壁方管在压溃过程中出现的减速度波形上波峰和波谷幅度过大的问题，从而使吸能器的特性满足实验要求。

其工作原理是：

a)单根(单组)薄壁方管在压溃吸能过程中，由于薄壁方管受撞击能量的作用在变形的折叠过程中产生不同阻力，而导致台车减速度波形出现波峰和波谷交替出现，峰值较大特别是在起始位置峰值较高的现象。采用组合方式后，通过控制每根(每组)薄壁方管的长度，从而控制该根(该组)薄壁方管参与作用的时间，使各组间的波峰与波谷相互弥补，从而获得较为平滑的减速度波形。可根据台车的质量和减速度曲线确定薄壁方管的组合方式，根据碰撞速度确定薄壁方管的平均长度。

b)计算机仿真分析和碰撞实验研究的结果表明，截面积小的薄壁方管比截面积大的更容易失稳，管壁薄的比管壁厚的更容易失稳，没有诱导槽的比有诱导槽的更容易失稳，焊接方式连接的因使薄壁方管材料特性发生改变而更容易失稳。因此在本发明中选用截面积较大(如不小于80×80mm)，管壁较厚(如≥1.4mm)的市售薄壁方管，以确保材料的一致性；为避免焊接引起材料特性的改变，在台车前端增加安装尺寸略小于薄壁方管内径的安装块，薄壁方管与台车的连接采取紧配合。在薄壁方管的前端施加预应变，薄壁方管与固定壁障的碰撞采取刚性碰撞方式，不加其它缓冲材料，以减少台车减速度波形起始段的峰值。这是因为薄壁方管在变形前刚性较大，开始变形后在变形处的刚度大大降低所致。所以，在碰撞实验中，薄壁方管的压溃过程是从前部开始逐渐向后延升。除非横截面太小、或管壁太薄、或用焊接方式连接，或因有缓冲材料或没有设置预变形，则有可能出现失稳而使中部或后部开展溃变。

c)相同条件下，台车质量的增加可降低台车减速度波形的峰值，碰撞速度的增加可延长台车减速度波形的持续时间。因此，通过对台车配重，可调整台车减速度波形的峰值。温度变化对台车减速度波形的峰值有一定的影响，温度升高，台车减速度波形的峰值降低；温度降低，台车减速度波形的峰值增加。

附图说明：

附图是本发明的结构图，由以下5部分组成：

1.碰撞实验台车

2.薄壁方型钢管安装座

3.薄壁方型钢管

4.薄壁方型钢管端部的预应变

具体实施方式：

5.固定壁障

实施例：台车质量为750公斤，碰撞速度50km/h，实验要求减速度的峰值不得超过28G，大于20G的持续时间不小于30ms，减速度曲线位于一条带内，实验温度20℃。根据实验要求，选用6根长度分别为850、780、720、720、780、850，管壁厚度为1.5mm的薄壁方管构成组合式薄壁方管吸能方式。将6根薄壁方管依序套在台车的薄壁方管安装座上，并在每根薄壁方管的前端20mm处用工具将薄壁折弯45°使之产生预变形。牵引系统将台车加速至50km/h，直接撞击固定壁障。在固定壁障上不放置木板或其它缓冲材料。实验结果如下：台车减速度最大峰值27.2G，大于20G处的持续时间为49.5ms。曲线平滑，起始峰值不高，减速度曲线位于条带内，完全满足实验需要。