[发明专利]一种梯度宽度刻槽缓冲吸能元件及其制备方法

说明书

本发明属于碰撞及能量吸收领域，具体公开了一种梯度宽度刻槽缓冲吸能元件，包括若干厚壁管和至少一个薄壁管；厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管的内管中心轴线与薄壁管的内管中心轴线重合；每个薄壁管两端均连接有厚壁管，所有薄壁管的径向厚度均相同，不同薄壁管的轴向长度均沿轴向梯度变化。本发明的厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，所有薄壁管的径向厚度均相同，不同薄壁管的轴向长度沿轴向梯度变化，使得压溃皱褶从最长一段至最短一段依次发生；使得压溃皱褶发生的位置更加精确控制。

技术领域

本发明属于碰撞及能量吸收领域，具体涉及一种梯度宽度刻槽缓冲吸能元件。

背景技术

在航空航天、汽车、轨道车辆、高速公路防撞设施、核电站等实际工程中，缓冲吸能元件的能量吸收行为对承受撞击结构的安全性起着关键的作用。由于安全防护的需要，缓冲吸能元件需具备吸能效果好、质量轻、压溃行程长等特点，其结构形式必须尽量简单且易于工业制造和批量生产。

目前，传统的缓冲吸能元件以薄壁构件为主，其中薄壁管类构件的轴向压溃吸能被认为是最有效的方式之一，且最常用的薄壁管截面形状有圆形、方形、帽形等。经试验和理论验证，圆截面薄壁管在同工况下的吸能效果明显优于其它类型的薄壁管。然而，传统的圆截面管在压溃过程中极易发生非轴对称失稳，现有的多级压溃的优势在于可以根据撞击力的不同选择被结构被压溃的部分。

然而，大多现有的吸能结构，一方面，不能够有效控制吸能管压溃皱褶的发生位置，存在大量的不确定性，这将在碰撞过程中产生不可预见的隐患。另一方面，就目前的技术现状而言，很多理论上吸能效果较好的结构难以批量生产且造价昂贵。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种梯度宽度刻槽缓冲吸能元件及其制备方法；能够准确控制压溃皱褶的发生位置并且容易制造。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种梯度宽度刻槽缓冲吸能元件，其特征在于，包括若干厚壁管和至少一个薄壁管；厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管的内管中心轴线与薄壁管的内管中心轴线重合；每个薄壁管两端均连接有厚壁管，所有薄壁管的径向厚度均相同，不同薄壁管的轴向长度均沿轴向梯度变化。

所述厚壁管与薄壁管的内径均相同。

所述厚壁管与薄壁管的截面均设置成圆形或矩形或椭圆形。

所述每个厚壁管的厚度均相同。

所述不同薄壁管的轴向长度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置。

一种制备方法，其特征在于，使用机械冷加工制备所述吸能元件。

所述机械冷加工为通过车床或铣床或者两者结合的加工方式，在管材的外管面刻槽，形成厚壁管和薄壁管间隔分布的形式，最终加工成所述的吸能元件。

一种制备方法，其特征在于，使用3D打印制备所述吸能元件，对于固态金属材料的吸能元件使用激光烧结法制备，对于固态非金属材料的吸能元件采用光固化成型法制备。

所述固态非金属材料为PVC或树脂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，所有薄壁管的径向厚度均相同，不同薄壁管的轴向长度沿轴向梯度变化，使得压溃皱褶从最长一段至最短一段依次发生；使得压溃皱褶发生的位置更加精确控制。本发明吸能元件容易批量制造，并且对材料种类要求低，造价便宜。

进一步地，本发明的厚壁管与薄壁管的内径均相同，内径相同使得吸能元件的受力更加稳定，压溃皱褶发生位置更能按照预期部位发生。