[发明专利]一种分段导控式吸能管及其吸能方法

说明书

一种分段引导式吸能管，其特征在于，所述吸能管依次包括引导段、过渡段、和等截面圆管，其中，所述引导段与所述过渡段相连接；所述过渡段与所述等截面圆管相连接；所述引导段设置在所述过渡段的一端；而所述等截面圆管设置在所述过渡段的另外一端，所述引导段的截面形状呈正三角形、正方形、正六边形或圆形；或者，所述引导段具有折叠结构；所述过渡段在所述一端与所述引导段几何光滑连接，所述过渡段在所述另外一端与所述等截面圆管几何光滑连接。根据本发明，可解决现有技术吸能管只能单方面提升比吸能、或只降低峰值力但导致载荷效率低的问题，从而在轨道车辆车体端部吸能结构中，可提高车辆的被动安全防护性能。

技术领域

本发明涉及一种用于吸收轨道车辆碰撞过程中所产生的巨大能量的吸能装置，特别是涉及一种分段导控式吸能管，属于轨道车辆被动安全技术领域。

背景技术

轨道车辆发生碰撞事故时将产生巨大的能量，其传递和耗散方式直接影响乘员的生命安全。随着轨道车辆运营时速不断提高，对其被动安全性能的要求也越来越高。

作为被广泛用于应对列车碰撞的被动安全防护装置，吸能管主要分布在轨道车辆的头车前端以及中间车辆的两端。现有技术的吸能管一般为薄壁金属管结构，主要原理是通过塑性变形来吸收列车碰撞时产生的冲击能量，以保障的乘客生命安全。该薄壁金属管的变形模式主要分为渐进式折叠变形模式、欧拉变形模式、以及渐进式折叠变形和欧拉变形同时存在的混合变形模式。进一步地说，渐进式折叠变形模式又包括手风琴模式和钻石模式。其中，渐进式折叠变形模式作为有效的吸能变形模式，其主要特点是压缩力较平稳。

一般地，作为现有技术中用于评估薄壁金属管的碰撞吸能特性的关键指标，主要有：

1)初始峰值力(F_max)，其值越高意味着发生碰撞初始产生的加速度峰值越大，对乘员的损伤也越高，较大的峰值力意味着乘客会承受较大的加速度冲击，应尽量减小或消除尖峰；

2)比吸能(Specific energy absorption,SEA)，即结构中的单位质量所吸收的能量，其值越大则表明结构吸能能力越高；吸收的能量越多，则吸能效果越好；

3)载荷效率(Crash load efficiency,CFE)，即在有限的碰撞压缩位移下平均碰撞力与峰值力的比值，薄壁金属管在碰撞时需要尽可能地吸收更多的能量且减小峰值力，因此载荷效率越高，吸能效果越好。

CN104462731A公开了一种正弦式波纹吸能管，有效地降低了吸能管在承受冲击载荷时的峰值力，但相比传统的直管，比吸能有所降低。

US4,877,224A在普通圆管上添加波纹状纹路，以牺牲比吸能为代价降低初始碰撞的载荷。

CN202764894公开了一种仿竹结构的仿生吸能管，通过在圆管中添加约束壁、约束梁等仿竹结构，显著提高了吸能管的比吸能，但相比普通圆管，峰值力没有得到改善。

现有技术中的波纹管或折叠形的吸能结构，整个吸能管结构都是波纹或折叠形式，通常不分段，没有几何过度，即使有几何过渡，截面形状也是相同形式的。现有技术中这样的设计，虽然可以降低初始峰值力Fmax，但也由于折叠或波纹的形式导致轴向刚度降低，牺牲了比吸能SEA和载荷效率CFE，材料的吸能潜力未得到充分利用。

综上，现有技术的薄壁金属吸能管，都难以兼顾对碰撞峰值力和比吸能的同时改善，发生碰撞事故时仍然存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种分段导控式吸能管及吸能方法，其在碰撞过程中压溃折叠更为规则有序，可解决现有技术吸能管只能单方面提升比吸能、或只降低峰值力但导致载荷效率低的问题，从而在轨道车辆车体端部吸能结构中，可提高车辆的被动安全防护性能。