[发明专利]基于管件高度-诱导环分布差异化设计的多管吸能装置

说明书

本发明提供基于管件高度‑诱导环分布差异化设计的多管吸能装置，包括顶部的防爬器、底部的后端板、周围的薄壁外壳组成的空间，空间内设有多根吸能管；每根吸能管具有不同的高度，并且每根吸能管上均设有诱导环。本发明构造的构型差异化多管组合式吸能装置通过合理设计各管件高度和诱导环分布位置来控制各管峰值载荷的形成时序，使各管载荷‑位移曲线充分分离，可在提高结构吸能量的同时最大程度地降低初始峰值和载荷波动，突破了高吸能量、低初始峰值、小载荷波动无法兼容的技术瓶颈。

技术领域

本发明属于吸能结构结束领域，具体涉及一种基于管件高度-诱导环分布差异化设计的多管吸能装置。

背景技术

车辆间碰撞事故无法因主动安全防护技术的发展而得到完全避免，前端吸能结构的研究仍有重大意义。其中，薄壁吸能管件凭借着变形有序可控、构造简单等优势而得到广泛应用。然而，随着耐撞性标准的不断提升，单一薄壁吸能管件逐渐难以满足吸能需求，亟需开发出高性能组合式吸能结构。

组合式吸能结构的研究主要从高性能材料填充和多胞结构设计两个方面展开。其中，前者主要指向薄壁管件中填充泡沫铝、蜂窝、拉胀结构等多孔材料以增强组合结构的吸能特性，而后者是指向薄壁管件内部增设肋板、加强筋、隔板等来提升结构的吸能特性。显然，上述研究主要针对单一管件进行优化设计，结构的吸能量存在提升瓶颈。而且，由于多孔材料和多胞配置通常具有复杂的结构形式，导致加工工艺复杂和成本高等缺陷。相比较而言，对多管件进行组合应用是一种简单高效的吸能性能提升方法。然而目前该方向的研究仅仅是类似管件的简单组合，显然无法使各管载荷曲线得到充分分离。由于各管峰值载荷相互叠加，传统同构型参数多管组合结构虽然具有较高的吸能量，但无法兼容低初始峰值和小载荷波动等吸能特性，显然无法实现碰撞动能平稳有序耗散的目标，司乘人员的安全防护无法得到充分保障。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于管件高度-诱导环分布差异化设计的多管吸能装置，具体技术方案为：

基于管件高度-诱导环分布差异化设计的多管吸能装置，包括顶部的防爬器(1)、底部的后端板(4)、周围的薄壁外壳(3)组成的空间，空间内设有多根吸能管(2)；每根吸能管(2)具有不同的高度，并且每根吸能管(2)上均设有诱导环。

优选的，吸能管(2)由初始吸能管件制备而成；

初始吸能管件长度L、宽度W、高度H，厚度t；

高度为T、厚度为Δt的N个诱导环将整个管件划分为N+1个区域，每个区域的高度为R_in，i为管件的序号，n为每个区域的序号；

由于诱导环的约束作用，在轴向载荷作用下管件被划分的每个区域会按顺序形成一个个变形褶皱，每个变形褶皱的形成也会使载荷-位移曲线上出现对应的波峰值和波谷值，即划分的每个区域R_in也会对应载荷-位移曲线上的一段区间D_n；通过改变区域高度R_in使该区域褶皱的变形持续时间发生改变，即改变对应的D_n值，从而影响后续变形褶皱的变形时间，进而达到控制后续载荷-位移曲线形成时序的目的；在使各管R_in产生差异的同时引入合适的高度差ΔH使各管R_i1区域的起始变形时间产生差异，从而达到各管区间内载荷-位移曲线均产生差异的目的；

诱导环和管件的结构参数计算方法如下：

诱导环数量N通过下式计算：

诱导环的厚度Δt和高度T由下式进行确定：

Δt＝T＝2t (2)

经过差异化设计后各管高度H_i的计算公式如下：

H_i＝H-ΔH(i-1) (3)