[发明专利]一种波纹吸能结构

说明书

本发明提供了一种波纹吸能结构，包括多个吸能柱，所述吸能柱由多片波纹单元两两之间拼接围成；所述波纹单元由两个波纹片拼接形成；两个波纹片之间间隔有角度，所述波纹片包括设置于上下两边的直线边；两条直线边之间为波纹状的曲面，所述曲面的侧视图为一曲线；应用本技术方案可实现在碰撞过程使吸能结构具有高的能量吸收能力。

技术领域

本发明涉及吸能领域，具体是指一种波纹吸能结构。

背景技术

近年来，随着交通运输产业的快速发展，城市网络、物流网络的密集程度以及输送速度正在快速提高。这给人员及物品的安全性问题带来了巨大挑战，面对复杂且高速的条件下，防护结构需要足够的缓冲性以及能量吸收性能来达到保护乘员以及物品的安全性。然而，当前结构往往是具有高缓冲能力及低的初始刚度却在能量吸收上不够理想，或者是具能够在碰撞中吸收夺得能量却具有高的刚度导致碰撞瞬间产生大的过载，鲜有防护结构能够兼顾两者的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波纹吸能结构，实现在碰撞过程使吸能结构具有高的能量吸收能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种波纹吸能结构，包括多个吸能柱，所述吸能柱由多片波纹单元两两之间拼接围成；所述波纹单元由两个波纹片拼接形成；两个波纹片之间间隔有角度，所述波纹片包括设置于上下两边的直线边；两条直线边之间为波纹状的曲面，所述曲面的侧视图为一曲线，所述曲线满足

其中，x方向平行于吸能盒结构方向，y方向垂直于吸能盒受力方向并且平行于曲面的切向方向；a为波纹幅度系数，b为结构周期性参数，是表征结构周期性的参数，b越小代表波纹片产生的波纹数量更多。

在一较佳的实施例中，所述波纹片具体由第一复合材料薄壁结构层、三维晶格结构层及第二复合材料薄壁结构层层叠形成。

在一较佳的实施例中，所述三维晶格结构层具体由多个三维晶格单元组成；所述三维晶格单元包括多个旋转对称设置的余弦面板。

在一较佳的实施例中，所述余弦面板包括相互平行设置的上面板、下面板以及与所述上面板垂直设置的平面板；还包括两端分别连接所述上面板及下面板的曲面板；所述曲面板的侧视图为余弦曲线。

在一较佳的实施例中，所述余弦曲线满足：

其中y_s和x_s为构建曲线时的坐标系，c与d分别为曲线的幅度以及周期频率。

在一较佳的实施例中，第一复合材料薄壁结构层及第二复合材料薄壁结构层具体均由多个六边形单元拼接形成；所述六边形单元之间通过六边形单元的边与边相重合进行拼接。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.折纸启发的梯度波纹结构，能够优化促使碰撞过载与结构整体的吸能水平。通过将Miura-Ori折纸方法与具有波纹特征的正弦曲线相结合，使得结构相比于传统折纸方法更具有连续性，结合了刚性折纸设计与波纹设计的优势性，从而改善结构的吸能特性。在受力方向上进行梯度化设计，以满足结构在具有较低的初始刚度(低的初始碰撞过载)的同时在压溃过程中具有更加优异的能量吸收水平。

2.结构可设计性、可编程性强，能够产生不同的结构样式，以适应不同的工况环境。本发明的整体结构大量采用了参数化设计方法，使得结构能够更好的优化以适应不同的工作环境来形成不同形状的结构。

3.三明治复合结构的层压板改善结构轻量化水平，优化结构力学性能。三明治复合结构的三层式设计方法，通过上下层的蜂窝刻来确定中间层晶格结构的位置，利用晶格结构的独特曲面形式的镂空性设计，在改善结构力学性能的形况下提升了结构整体的轻量化水平。

附图说明