一种正弦式波纹吸能管的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种正弦式波纹吸能管，该吸能装置是在圆管的基础上，通过基函数控制其轴向的波纹形式。其中，d为基础直径，A为波形的振幅，ω为波形的角速度，为波形的初始相位角，波长为本发明专利技术通过正弦式波纹引导其折皱模式，压溃可预见，折皱更密更规则，降低了初始峰值力，提高其吸能的安全性。同时，采用逐级压溃的原理，控制缓冲区及吸能区的振幅与波长的比值，起到降低峰值力，同时提高材料的利用率，从而提高其吸能效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种正弦式波纹吸能管，该吸能装置是在圆管的基础上，通过基函数控制其轴向的波纹形式。其中，d为基础直径，A为波形的振幅，ω为波形的角速度，为波形的初始相位角，波长为本专利技术通过正弦式波纹引导其折皱模式，压溃可预见，折皱更密更规则，降低了初始峰值力，提高其吸能的安全性。同时，采用逐级压溃的原理，控制缓冲区及吸能区的振幅与波长的比值，起到降低峰值力，同时提高材料的利用率，从而提高其吸能效果。【专利说明】
本专利技术属于汽车被动安全
，具体涉及一种正弦式波纹吸能管。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，国内汽车保有量迅速增加，同时也导致了大量的交通 事故。目前汽车工业的三大主题是：安全、节能、环保，消费者对汽车安全的关注度越来越 高，并直接影响其消费行为。提高汽车安全性能至关重要，而汽车被动安全技术是汽车安全 技术的极其重要的一环，具有重要的现实和经济意义。 保险杠作为汽车重要的吸能部件，分布在保险杠两端的吸能盒是其主要的吸能结 构。吸能盒主要由结构不同的薄壁金属管构成，许多的研宄人员通过对薄壁金属管的结构 优化和材料优化提高其吸能特性。这方面也公布了大量的专利，名称为"一种仿竹结构的仿 生吸能管"的专利通过仿照竹子的径向、轴向的结构，利用结构优化设计出一款新型的吸能 管；名称为"一种汽车吸能盒"的专利通过在圆形管外设置特定吸能槽，并填充聚丙烯泡沫， 提高其吸能特性；名称为"一种折痕式碰撞吸能盒"的专利通过折痕纹路引导变形模型，从 而增大吸能量。 以上这些现有的吸能结构，一方面，不能实现对压溃时褶皱模式的控制与预见，存 在很多的不确定性，这在碰撞发生时将会是一种安全隐患；另一方面，对设置诱导槽或者折 痕的工艺比较复杂，大大提高了装置的加工成本与生产时间。为了解决以上两方面的不足， 提出了一种新型的正弦式波纹吸能管。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种正弦式波纹吸能管及设计方法，该装置具有更密更规则 的压溃折皱模式，可实现对折皱模式的预先设计与控制，同时降低初始峰值力。该吸能装置 主要运用于汽车保险杠的吸能盒中，提高汽车的被动安全性。 本专利技术所采用的技术方案提供一种正弦式波纹吸能管设计方法，其特征在于： 步骤1、确定正弦式波纹吸能管的轴向长度L和基础直径d ; 步骤2、利用基函数y = I + A Sin(G)X + φ)对正弦式波纹吸能管的外形进行参数分 析；其中，A为波形的振幅，ω为波形的角速度，由角速度可以得出波长为&，φ为波形的初 Cl) 始相位角，单位均为国际单位制； 步骤3、进行有限元参数仿真，分析不同参数下正弦式波纹管的初始峰值力、比吸 能、总吸能及载荷的波动度； 步骤4、对圆形直管和正弦式波纹管进行仿真性能比较； 步骤5、根据仿真数据及比较结果确定缓冲区的波长m与振幅的组合； 步骤6、根据仿真数据及比较结果确定吸能区的波长η与振幅的组合； 步骤7、重复上述步骤3-6的基函数仿真过程； 步骤8、最终确定基函数y = 1 +Asin(O)X + φ)中对应的各个参数，并按照确定后 的基函数对正弦式波纹吸能管进行加工。 本专利技术的有益效果 同以往的吸能盒相比，本专利技术具有以下优点： 1、利用基函数y = f +Asin(oox + φ)实现对管型的可控加工。 2、通过正弦式波纹引导其折皱模式，压溃模式可预见，折皱更密更规则。正弦式的 波纹结构等效于给圆管进行预变形处理，降低初始峰值力，提高其吸能的安全性。 3、通过简单的加工制造就可以实现对折皱模式的控制，大大节省生产成本。 4、采用逐级压溃的原理，控制缓冲区及吸能区的振幅与波长的比值，起到降低峰 值力，同时提高材料的利用率，从而提高其吸能效果。 5、在加工工艺上，本专利技术的波纹管用液压成形的工艺进行加工，这需要根据设计 好的波纹管基函数预先设计好模具，一次性加工成形，大大减少了后续的修善加工，同时其 利用的材料为塑性较好的金属铝合金，也可以在一些复合材料上进行尝试。 【专利附图】【附图说明】 图1为正弦式波纹管的外形尺寸示意图； 图2为振幅A与波长的匹配的压溃变形模型点图。 【具体实施方式】 下面结合附图1-2对本专利技术作详细的说明。 图1为正弦式波纹管的外形尺寸示意图，图中的L为本专利技术所述正弦式波纹管的 总长，1为所述波纹管缓冲区的长度，d为正弦式波纹管的基础直径，m为缓冲区的波长，η 为吸能区的波长。 具体的，通过y = 1 +Asin(O)X + φ)控制波纹管的外形，A为波形的振幅，ω为波 形的角速度，由角速度可以得出波长为￥，Φ:为波形的初始相位角，对初始峰值力影响较 CJ 大。 图1中可以明显看出，上端的缓冲区的波长小于下端吸能区的波长，这样设计的 目的是，先让上端的缓冲区进行压溃，达到降低峰值力的作用，缓冲区压溃结束后会引导吸 能区进行压溃，并在保证安全的提前下，通过改变吸能区的波长，最大限度的提高平均力。 此外，通过控制缓冲区及吸能区的振幅与波长的比值，起到降低峰值力，同时提高 材料的利用率，从而提高其吸能效果。同时，正弦式波纹管的压溃褶皱模式比直管更加密 实，更加规律，可以通过预先设计到达对压溃时褶皱模式的控制，从而减少碰撞吸能过程中 造成不确定的破坏模式，避免安全隐患。 本专利技术提出一种正弦式波纹吸能管设计方法。 步骤1、确定正弦式波纹吸能管的轴向长度L和基础直径d ; 具体的，正弦式波纹管的轴向长度L和基础直径d由安装位置决定，实施例中取L =200mm，d = 60mm ; 步骤2、利用基函数y =昏+ A Sin(O)X + φ)；( [·管的外形进行参数分析； 其中，A为波形的振幅，ω为波形的角速度，由角速度可以得出波长为f，φ为波 CO 形的初始相位角，单位均为国际单位制。 步骤3、进行有限元参数仿真，分析不同参数下正弦式波纹管的初始峰值力、比吸 能、总吸能及载荷的波动度； 在设计本专利技术所述的正弦式波纹管的过程中，需要通过有限元仿真实验来完成， 其中，有限元方真参数设置如下： 正弦式波纹管管壁采用的材料为铝合金6063T6,其密度为2. 7g/mm*3,弹性模量 为65GPa，泊松比为0. 3,屈服强度为130MPa。在hypermesh软件中进行仿真，选择24号材 料模型。刚性墙以2m/s的恒定速度进行压溃，计算中管采用single surface接触，静摩擦 因数为0.3,动摩擦因数为0.2。同时管与底部钢性墙采用surface to surface接触，静摩 擦因数和动摩擦因数分别为〇. 3和0. 2。 表1仿真实验中正弦式波纹管的参数设置 【权利要求】1. ，其特征在于： 步骤1、确定正弦式波纹吸能管的轴向长度L和基础直径基础直径d; 步骤2、利用基函数:y= $ +ASin(O)X+φ)吋正弦式波纹吸能管的外形进行参数分析； 其中，A为波形的振幅，ω为波形的角速度，由角速度可以得出波长为为波形的初始 相位角，单位均为国际单位制； 步骤3、进行有限元参数仿真，分析不同参数下正弦式波纹管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正弦式波纹吸能管的设计方法，其特征在于：步骤1、确定正弦式波纹吸能管的轴向长度L和基础直径基础直径d；步骤2、利用基函数对正弦式波纹吸能管的外形进行参数分析；其中，A为波形的振幅，ω为波形的角速度，由角速度可以得出波长为为波形的初始相位角，单位均为国际单位制；步骤3、进行有限元参数仿真，分析不同参数下正弦式波纹管的初始峰值力、比吸能、总吸能及载荷的波动度；步骤4、对圆形直管和正弦式波纹管进行仿真性能比较；步骤5、根据仿真数据及比较结果确定缓冲区的波长m与振幅的组合；步骤6、根据仿真数据及比较结果确定吸能区的波长n与振幅的组合；步骤7、重复上述步骤3‑6的基函数仿真过程；步骤8、最终确定基函数中对应的各个参数，并按照确定后的基函数对正弦式波纹吸能管进行加工。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李光耀，孙光永，崔俊佳，巫升银，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43