[发明专利]一种负泊松比结构吸能盒及其多学科协同优化方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车被动安全防护领域，具体涉及一种负泊松比结构吸能盒及其多学科协同优化方法。

背景技术

普通的吸能盒为空心的方形结构，当车辆发生碰撞时，吸能盒往往存在变形不稳定和不充分的问题，导致吸能盒对碰撞能量的吸收效果较差，只能吸收较少量的碰撞能量。吸能盒所起的吸能缓冲作用并不明显，其余的大部分能量需要吸能盒以外的其它车辆部件来吸收，因此造成昂贵的维修成本，更严重的是还会对乘员造成很大的伤害。

负泊松比结构材料在受到载荷作用时表现出与普通材料相异的特殊变形性能，使得它比普通材料在能量吸收方面表现出更优异的性能，因此可以将负泊松比结构材料填充于传统吸能盒中形成负泊松比结构吸能盒，从而很好地解决普通吸能盒在车辆发生碰撞时存在的变形不稳定、吸能效果较差等缺点。

负泊松比结构吸能盒的能量吸收性能与负泊松比单胞结构的参数息息相关，不同几何参数的单胞结构构成的吸能盒的能量吸收性能也不相同，因此需要对负泊松比单胞结构进行优化设计，从而进一步提高吸能盒的吸能效果。

发明内容

本发明的目的在于针对上述背景技术的不足，提出了一种负泊松比结构吸能盒及其多学科协同优化方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种负泊松比单胞结构，包括对称平行的两个底边，两个底边的同一侧均通过相连的第一斜边和第二斜边进行连接，第一斜边和第二斜边的长度相等，且同一侧的第一斜边和第二斜边均向内倾斜；第一斜边、第二斜边和底边的厚度均为t，且0.6mm≤t≤1.2mm；第一斜边、第二斜边和底边的宽度均为b，且2.2mm≤b≤3mm；每条斜边与相邻底边的夹角为d，且55°≤d≤75°；两个底边的长度均为a，且12mm≤a≤16mm；两个底边间的垂直距离为h，且8mm≤h≤13mm。

进一步的，第一斜边、第二斜边和底边的厚度t为1.1575mm；第一斜边、第二斜边和底边的宽度b为2.2009mm；每条斜边与相邻底边的夹角d为74.684°；两个底边的长度a为13.764mm；两个底边间的垂直距离h为12.877mm。

一种基于上述负泊松比单胞结构的二维负泊松比结构内芯，包括一个以上的负泊松比单胞结构，所述负泊松比单胞结构沿宽度b延伸方向进行阵列排布，所述负泊松比单胞结构沿两个底边间的垂直距离h的两端延伸方向进行阵列排布，且所述负泊松比单胞结构沿两个底边的长度a的两端延伸方向进行阵列排布；在宽度b的延伸方向上，负泊松比单胞结构相互对称的堆叠；在长度a的延伸方向上，负泊松比单胞结构的第一斜边与相邻负泊松比单胞结构的第二斜边重合；在距离h的延伸方向上，相邻负泊松比单胞结构的底边相互重合。

一种负泊松比结构吸能盒，其内部设置有二维负泊松比结构内芯，该种负泊松比结构吸能盒包括吸能盒盒体(1)、前安装板(2)和后安装板(5)，所述吸能盒盒体(1)一端与前安装板(2)相连，所述吸能盒盒体(1)另一端与后安装板(5)相连；所述前安装板(2)用于通过螺栓与汽车保险杆横梁连接，所述后安装板(5)用于通过螺栓与汽车车身的纵梁连接。

进一步的，所述吸能盒盒体(1)是截面为梯形的中空的棱柱形结构，所述吸能盒盒体(1)的整个表面包括上表面、下表面、左侧面和右侧面，所述上表面对应梯形吸能盒盒体(1)的上底，所述下表面对应梯形吸能盒盒体(1)的下底，所述左侧面和右侧面对应梯形吸能盒盒体(1)的两个侧边；

所述左侧面和右侧面上均对称设置有两条诱导槽一(41)，所述诱导槽一(41)位于所述吸能盒盒体(1)轴向长度的三等分点处，远离前安装板(2)的诱导槽一为第一诱导槽一，远离后安装板(5)的诱导槽一为第二诱导槽一，且所述诱导槽一(41)均延伸到上表面；所述上表面和下表面均对称设置有三条诱导槽二(42)，上表面第一条诱导槽二(42)位于前安装板(2)和第二诱导槽一在上表面投影的正中间，上表面第二条诱导槽二(42)位于第一诱导槽一和第二诱导槽一在上表面投影的正中间，上表面第三条诱导槽二(42)位于第一诱导槽一和后安装板(5)在上表面投影的正中间；所述诱导槽二(42)和诱导槽一(41)均为内凹状，且所述诱导槽二(42)的深度大于诱导槽一(41)的深度；从前安装板(2)到后安装板(5)的方向上，三条诱导槽二(42)的深度逐渐减小，两条诱导槽一(41)的深度也逐渐减小。