一種正弦式波紋吸能管的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種正弦式波紋吸能管，該吸能裝置是在圓管的基礎(chǔ)上，通過(guò)基函數(shù)控制其軸向的波紋形式。其中，d為基礎(chǔ)直徑，A為波形的振幅，ω為波形的角速度，為波形的初始相位角，波長(zhǎng)為本發(fā)明通過(guò)正弦式波紋引導(dǎo)其折皺模式，壓潰可預(yù)見，折皺更密更規(guī)則，降低了初始峰值力，提高其吸能的安全性。同時(shí)，采用逐級(jí)壓潰的原理，控制緩沖區(qū)及吸能區(qū)的振幅與波長(zhǎng)的比值，起到降低峰值力，同時(shí)提高材料的利用率，從而提高其吸能效果。
【專利說(shuō)明】一種正弦式波紋吸能管的設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車被動(dòng)安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種正弦式波紋吸能管。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車保有量迅速增加，同時(shí)也導(dǎo)致了大量的交通 事故。目前汽車工業(yè)的三大主題是：安全、節(jié)能、環(huán)保，消費(fèi)者對(duì)汽車安全的關(guān)注度越來(lái)越 高，并直接影響其消費(fèi)行為。提高汽車安全性能至關(guān)重要，而汽車被動(dòng)安全技術(shù)是汽車安全 技術(shù)的極其重要的一環(huán)，具有重要的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。
[0003] 保險(xiǎn)杠作為汽車重要的吸能部件，分布在保險(xiǎn)杠兩端的吸能盒是其主要的吸能結(jié) 構(gòu)。吸能盒主要由結(jié)構(gòu)不同的薄壁金屬管構(gòu)成，許多的研宄人員通過(guò)對(duì)薄壁金屬管的結(jié)構(gòu) 優(yōu)化和材料優(yōu)化提高其吸能特性。這方面也公布了大量的專利，名稱為"一種仿竹結(jié)構(gòu)的仿 生吸能管"的專利通過(guò)仿照竹子的徑向、軸向的結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)出一款新型的吸能 管；名稱為"一種汽車吸能盒"的專利通過(guò)在圓形管外設(shè)置特定吸能槽，并填充聚丙烯泡沫， 提高其吸能特性；名稱為"一種折痕式碰撞吸能盒"的專利通過(guò)折痕紋路引導(dǎo)變形模型，從 而增大吸能量。
[0004] 以上這些現(xiàn)有的吸能結(jié)構(gòu)，一方面，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)壓潰時(shí)褶皺模式的控制與預(yù)見，存 在很多的不確定性，這在碰撞發(fā)生時(shí)將會(huì)是一種安全隱患；另一方面，對(duì)設(shè)置誘導(dǎo)槽或者折 痕的工藝比較復(fù)雜，大大提高了裝置的加工成本與生產(chǎn)時(shí)間。為了解決以上兩方面的不足， 提出了一種新型的正弦式波紋吸能管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種正弦式波紋吸能管及設(shè)計(jì)方法，該裝置具有更密更規(guī)則 的壓潰折皺模式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)折皺模式的預(yù)先設(shè)計(jì)與控制，同時(shí)降低初始峰值力。該吸能裝置 主要運(yùn)用于汽車保險(xiǎn)杠的吸能盒中，提高汽車的被動(dòng)安全性。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案提供一種正弦式波紋吸能管設(shè)計(jì)方法，其特征在于：
[0007] 步驟1、確定正弦式波紋吸能管的軸向長(zhǎng)度L和基礎(chǔ)直徑d ;
[0008] 步驟2、利用基函數(shù)y = I + A Sin(G)X + φ)對(duì)正弦式波紋吸能管的外形進(jìn)行參數(shù)分 析；其中，A為波形的振幅，ω為波形的角速度，由角速度可以得出波長(zhǎng)為&，φ為波形的初 Cl) 始相位角，單位均為國(guó)際單位制；
[0009] 步驟3、進(jìn)行有限元參數(shù)仿真，分析不同參數(shù)下正弦式波紋管的初始峰值力、比吸 能、總吸能及載荷的波動(dòng)度；
[0010] 步驟4、對(duì)圓形直管和正弦式波紋管進(jìn)行仿真性能比較；
[0011] 步驟5、根據(jù)仿真數(shù)據(jù)及比較結(jié)果確定緩沖區(qū)的波長(zhǎng)m與振幅的組合；
[0012] 步驟6、根據(jù)仿真數(shù)據(jù)及比較結(jié)果確定吸能區(qū)的波長(zhǎng)η與振幅的組合；
[0013] 步驟7、重復(fù)上述步驟3-6的基函數(shù)仿真過(guò)程；
[0014] 步驟8、最終確定基函數(shù)y = 1 +Asin(O)X + φ)中對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)，并按照確定后 的基函數(shù)對(duì)正弦式波紋吸能管進(jìn)行加工。
[0015] 本發(fā)明的有益效果
[0016] 同以往的吸能盒相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、利用基函數(shù)y = f +Asin(oox + φ)實(shí)現(xiàn)對(duì)管型的可控加工。
[0018] 2、通過(guò)正弦式波紋引導(dǎo)其折皺模式，壓潰模式可預(yù)見，折皺更密更規(guī)則。正弦式的 波紋結(jié)構(gòu)等效于給圓管進(jìn)行預(yù)變形處理，降低初始峰值力，提高其吸能的安全性。
[0019] 3、通過(guò)簡(jiǎn)單的加工制造就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)折皺模式的控制，大大節(jié)省生產(chǎn)成本。
[0020] 4、采用逐級(jí)壓潰的原理，控制緩沖區(qū)及吸能區(qū)的振幅與波長(zhǎng)的比值，起到降低峰 值力，同時(shí)提高材料的利用率，從而提高其吸能效果。
[0021] 5、在加工工藝上，本發(fā)明的波紋管用液壓成形的工藝進(jìn)行加工，這需要根據(jù)設(shè)計(jì) 好的波紋管基函數(shù)預(yù)先設(shè)計(jì)好模具，一次性加工成形，大大減少了后續(xù)的修善加工，同時(shí)其 利用的材料為塑性較好的金屬鋁合金，也可以在一些復(fù)合材料上進(jìn)行嘗試。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為正弦式波紋管的外形尺寸示意圖；
[0023] 圖2為振幅A與波長(zhǎng)的匹配的壓潰變形模型點(diǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖1-2對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0025] 圖1為正弦式波紋管的外形尺寸示意圖，圖中的L為本發(fā)明所述正弦式波紋管的 總長(zhǎng)，1為所述波紋管緩沖區(qū)的長(zhǎng)度，d為正弦式波紋管的基礎(chǔ)直徑，m為緩沖區(qū)的波長(zhǎng)，η 為吸能區(qū)的波長(zhǎng)。
[0026] 具體的，通過(guò)y = 1 +Asin(O)X + φ)控制波紋管的外形，A為波形的振幅，ω為波 形的角速度，由角速度可以得出波長(zhǎng)為￥，Φ:為波形的初始相位角，對(duì)初始峰值力影響較 CJ 大。
[0027] 圖1中可以明顯看出，上端的緩沖區(qū)的波長(zhǎng)小于下端吸能區(qū)的波長(zhǎng)，這樣設(shè)計(jì)的 目的是，先讓上端的緩沖區(qū)進(jìn)行壓潰，達(dá)到降低峰值力的作用，緩沖區(qū)壓潰結(jié)束后會(huì)引導(dǎo)吸 能區(qū)進(jìn)行壓潰，并在保證安全的提前下，通過(guò)改變吸能區(qū)的波長(zhǎng)，最大限度的提高平均力。
[0028] 此外，通過(guò)控制緩沖區(qū)及吸能區(qū)的振幅與波長(zhǎng)的比值，起到降低峰值力，同時(shí)提高 材料的利用率，從而提高其吸能效果。同時(shí)，正弦式波紋管的壓潰褶皺模式比直管更加密 實(shí)，更加規(guī)律，可以通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)到達(dá)對(duì)壓潰時(shí)褶皺模式的控制，從而減少碰撞吸能過(guò)程中 造成不確定的破壞模式，避免安全隱患。
[0029] 本發(fā)明提出一種正弦式波紋吸能管設(shè)計(jì)方法。
[0030] 步驟1、確定正弦式波紋吸能管的軸向長(zhǎng)度L和基礎(chǔ)直徑d ;
[0031] 具體的，正弦式波紋管的軸向長(zhǎng)度L和基礎(chǔ)直徑d由安裝位置決定，實(shí)施例中取L =200mm，d = 60mm ;
[0032] 步驟2、利用基函數(shù)y =昏+ A Sin(O)X + φ)；( [·管的外形進(jìn)行參數(shù)分析；
[0033] 其中，A為波形的振幅，ω為波形的角速度，由角速度可以得出波長(zhǎng)為f，φ為波 CO 形的初始相位角，單位均為國(guó)際單位制。
[0034] 步驟3、進(jìn)行有限元參數(shù)仿真，分析不同參數(shù)下正弦式波紋管的初始峰值力、比吸 能、總吸能及載荷的波動(dòng)度；
[0035] 在設(shè)計(jì)本發(fā)明所述的正弦式波紋管的過(guò)程中，需要通過(guò)有限元仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)完成， 其中，有限元方真參數(shù)設(shè)置如下：
[0036] 正弦式波紋管管壁采用的材料為鋁合金6063T6,其密度為2. 7g/mm*3,彈性模量 為65GPa，泊松比為0. 3,屈服強(qiáng)度為130MPa。在hypermesh軟件中進(jìn)行仿真，選擇24號(hào)材 料模型。剛性墻以2m/s的恒定速度進(jìn)行壓潰，計(jì)算中管采用single surface接觸，靜摩擦 因數(shù)為0.3,動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2。同時(shí)管與底部鋼性墻采用surface to surface接觸，靜摩 擦因數(shù)和動(dòng)摩擦因數(shù)分別為〇. 3和0. 2。
[0037] 表1仿真實(shí)驗(yàn)中正弦式波紋管的參數(shù)設(shè)置
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種正弦式波紋吸能管的設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 步驟1、確定正弦式波紋吸能管的軸向長(zhǎng)度L和基礎(chǔ)直徑基礎(chǔ)直徑d; 步驟2、利用基函數(shù):y= $ +ASin(O)X+φ)吋正弦式波紋吸能管的外形進(jìn)行參數(shù)分析； 其中，A為波形的振幅，ω為波形的角速度，由角速度可以得出波長(zhǎng)為為波形的初始 相位角，單位均為國(guó)際單位制； 步驟3、進(jìn)行有限元參數(shù)仿真，分析不同參數(shù)下正弦式波紋管的初始峰值力、比吸能、總 吸能及載荷的波動(dòng)度； 步驟4、對(duì)圓形直管和正弦式波紋管進(jìn)行仿真性能比較； 步驟5、根據(jù)仿真數(shù)據(jù)及比較結(jié)果確定緩沖區(qū)的波長(zhǎng)m與振幅的組合； 步驟6、根據(jù)仿真數(shù)據(jù)及比較結(jié)果確定吸能區(qū)的波長(zhǎng)η與振幅的組合； 步驟7、重復(fù)上述步驟3-6的基函數(shù)仿真過(guò)程； 步驟8、最終確定基函數(shù):y= 1 +Asin(o:>x+φ)中對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)，并按照確定后的基 函數(shù)對(duì)正弦式波紋吸能管進(jìn)行加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦式波紋吸能管的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：正弦式波紋管 的軸向長(zhǎng)度L= 200mm，基礎(chǔ)直徑d= 60mm。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104462731SQ201510005819
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2015年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月7日
【發(fā)明者】李光耀, 孫光永, 崔俊佳, 巫升銀 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)