一种梯度刻槽缓冲吸能结构制造技术

本实用新型专利技术属于碰撞及能量吸收领域，具体公开了一种梯度刻槽缓冲吸能结构，包括若干厚壁管和至少一个薄壁管；厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管的内管中心轴线与薄壁管的内管中心轴线重合；每个薄壁管两端均连接有厚壁管，不同薄壁管的轴向长度和径向厚度均沿轴向梯度变化，轴向长度最长的薄壁管对应的径向厚度最小。本实用新型专利技术的厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，不同薄壁管轴向长度沿轴向梯度变化，使得压溃皱褶从最长一段至最短一段依次发生；不同薄壁管径向厚度均沿轴向梯度变化，使得压溃皱褶从最薄一段至最厚一段依次发生；轴向长度最长薄壁管对应的径向厚度最小，使得压溃皱褶发生的位置更加精确控制。

A gradient grooved buffer energy absorbing structure

The utility model belongs to the field of collision and energy absorption, and specifically discloses a gradient grooved energy absorption structure, which comprises a number of thick-walled tubes and at least one thin-walled tube; thick-walled tubes and thin-walled tubes are arranged and connected into a whole along an axial interval, and the central axis of the inner tube of the thick-walled tube coincides with the central axis of the inner tube of the thin-walled tube; Each thin-walled tube is connected with a thick-walled tube at both ends. The axial length and radial thickness of different thin-walled tubes vary along the axial gradient, and the radial thickness of the longest thin-walled tube is the smallest. The thick-walled tube and the thin-walled tube of the utility model are arranged along the axial interval and connected as a whole, and the axial length of the different thin-walled tube varies along the axial gradient, so that the crushing fold occurs sequentially from the longest section to the shortest section, and the radial thickness of the different thin-walled tube varies along the axial gradient, so that the crushing fold is from the thinnest section to the thinnest section. Thickest sections occur in turn, and the radial thickness corresponding to the longest thin-walled tube in the axial direction is the smallest, which makes the position where the collapse fold occurs more precisely controlled.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度刻槽缓冲吸能结构
本技术属于碰撞及能量吸收领域，具体涉及一种梯度刻槽缓冲吸能结构。
技术介绍
在航空航天、汽车、轨道车辆、高速公路防撞设施、核电站等实际工程中，缓冲吸能元件的能量吸收行为对承受撞击结构的安全性起着关键的作用。由于安全防护的需要，缓冲吸能元件需具备吸能效果好、质量轻、压溃行程长等特点，其结构形式必须尽量简单且易于工业制造和批量生产。目前，传统的缓冲吸能元件以薄壁构件为主，其中薄壁管类构件的轴向压溃吸能被认为是最有效的方式之一，且最常用的薄壁管截面形状有圆形、方形、帽形等。经试验和理论验证，圆截面薄壁管在同工况下的吸能效果明显优于其它类型的薄壁管。然而，传统的圆截面管在压溃过程中极易发生非轴对称失稳，现有的多级压溃的优势在于可以根据撞击力的不同选择被结构被压溃的部分。然而，大多现有的吸能结构，一方面，不能够有效控制吸能管压溃皱褶的发生位置，存在大量的不确定性，这将在碰撞过程中产生不可预见的隐患。另一方面，就目前的技术现状而言，很多理论上吸能效果较好且能够实现多级吸能功能的结构难以批量生产且造价昂贵。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本技术提供一种梯度刻槽缓冲吸能结构；能够准确控制压溃皱褶的发生位置并且容易制造。本技术是通过以下技术方案来实现：一种梯度刻槽缓冲吸能结构，其特征在于，包括若干厚壁管和至少一个薄壁管；厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管的内管中心轴线与薄壁管的内管中心轴线重合；每个薄壁管两端均连接有厚壁管，不同薄壁管的轴向长度和径向厚度均沿轴向梯度变化，轴向长度最长的薄壁管对应的径向厚度最小。所述厚壁管与薄壁管的内径均相同。所述厚壁管与薄壁管的截面均设置成圆形或矩形或椭圆形。所述每个厚壁管的厚度均相同。所述不同薄壁管的轴向长度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置。所述不同薄壁管的径向厚度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术的厚壁管与薄壁管均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，不同薄壁管的轴向长度沿轴向梯度变化，使得压溃皱褶从最长一段至最短一段依次发生；不同薄壁管的径向厚度均沿轴向梯度变化，使得压溃皱褶从最薄一段至最厚一段依次发生；轴向长度最长的薄壁管对应的径向厚度最小，使得压溃皱褶发生的位置更加精确控制。进一步地，本技术的厚壁管与薄壁管的内径均相同，内径相同使得吸能元件的受力更加稳定，压溃皱褶发生位置更能按照预期部位发生。进一步地，本技术的厚壁管与薄壁管的截面均设置成圆形或矩形或椭圆形，圆形或矩形或椭圆形形状规则，受力稳定，压溃皱褶发生位置更能按照预期部位发生。进一步地，本技术的每个厚壁管的厚度均相同，相同厚度的薄壁管使得制造更加方便，受力更加稳定。进一步地，本技术的不同薄壁管的轴向长度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置，呈等差数列或等比数列变化使得变化量函数变化，制备方便，压溃皱褶发生位置更加容易控制。进一步地，本技术的不同薄壁管的径向厚度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置，呈等差数列或等比数列变化使得变化量函数变化，制备方便，压溃皱褶发生位置更加容易控制。附图说明图1为本技术梯度刻槽缓冲吸能结构的侧部示意图；图2为本技术为本技术实施例一梯度刻槽吸能管同尺寸的普通圆截面吸能管轴向受压产生的非轴对称压溃模式；图3为本技术实施例一梯度刻槽吸能管同尺寸的均匀刻槽吸能管轴向受压产生的不连续压溃模式；图4为本技术实施例一梯度刻槽吸能管轴向受压产生的连续渐进压溃模式；图5为本技术实施例一同尺寸下普通圆截面吸能管、均匀刻槽吸能管、梯度刻槽吸能管轴向压溃时的力—位移曲线。图中：1为薄壁管，2为厚壁管，L为管长，DO为厚壁管外径，DI为厚壁管内径，W为厚壁管的轴向长度，w0为薄壁管的初始轴向长度，wi为第i个薄壁管的轴向长度，wi+1为第i+1个薄壁管的轴向长度，d0为初始刻槽深度，di第i个刻槽的深度，di+1第i+1个刻槽的深度。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。如图1-5所示，本技术梯度刻槽缓冲吸能结构，其特征在于，包括若干厚壁管2和至少一个薄壁管1；厚壁管2与薄壁管1均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管2的内管中心轴线与薄壁管1的内管中心轴线重合；每个薄壁管1两端均连接有厚壁管2，不同薄壁管1的轴向长度和径向厚度均沿轴向梯度变化，轴向长度最长的薄壁管1对应的径向厚度最小。所述厚壁管2与薄壁管1的内径均相同。所述厚壁管2与薄壁管1的截面均设置成圆形或矩形或椭圆形。所述每个厚壁管2的厚度均相同。所述不同薄壁管1的轴向长度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置。所述不同薄壁管1的径向厚度尺寸沿轴线方向呈等差数列或等比数列变化设置。一种制备方法，其特征在于，使用机械冷加工制备所述吸能元件。所述机械冷加工为通过车床或铣床或者两者结合的加工方式，在管材的外管面刻槽，形成厚壁管2和薄壁管1间隔分布的形式，最终加工成所述的吸能元件。一种制备方法，其特征在于，使用3D打印制备所述吸能元件，对于固态金属材料的吸能元件使用激光烧结法制备，对于固态非金属材料的吸能元件采用光固化成型法制备。所述固态非金属材料为PVC或树脂。所述梯度宽度刻槽缓冲吸能元件为梯度宽度刻槽吸能管，所述梯度宽度刻槽吸能管沿轴向包括若干交替分布的刻槽和厚壁，其中每个厚壁部分的宽度相同、壁厚相同，每个刻槽的深度相同，宽度沿管的一端以预定的梯度逐渐变化，且厚壁部分总是位于所述梯度宽度刻槽吸能管的两端。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管的截面可为圆形、矩形、椭圆形等任意几何形状。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管可采用不锈钢、铝合金等金属材料，也可采用PVC、树脂等非金属材料。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管承受撞击的方式为轴向和与轴向成一定角度的斜冲击，且管的两端均可承受撞击力。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管的刻槽个数可选择大于1的任何数值。进一步地，所述梯度的表示方法可为等差数列、等比数列或其它导致整体刻槽宽度产生不均匀效应的函数或数列，其中为第个刻槽，为第个刻槽。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管在壁厚方向的几何参数应满足等式，其中为刻槽深度，为刻槽处的壁厚，为厚壁部分的壁厚。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管的制备方法为机械冷加工和3D打印方法。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管的机械冷加工制备方法可遵循以下步骤：S1、根据实际所需的截面形状和截面尺寸购买无缝管备用；S2、将购买的无缝管根据实际所需管长进行裁切；S3、将裁切好的无缝管通过机床(车床、铣床等)按照所需的梯度进行刻槽加工；S4、将加工完毕的梯度宽度刻槽吸能管进行打磨，去除毛刺。进一步地，所述梯度宽度刻槽吸能管的3D打印制备方法可遵循以下步骤：S1、使用Solidworks、UG、Pro/E等CAD软件建立梯度宽度刻槽吸能管的三维数据模型；S2、将S1建立的梯度宽度刻槽吸能管三维数据模型转换为可被3D打印机识别的stl格式；S3、将S2生成的stl格式模型输入3D打印机并使用选择性激光烧结法(主要针对金属材料)或光固化成型法(主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度刻槽缓冲吸能结构，其特征在于，包括若干厚壁管(2)和至少一个薄壁管(1)；厚壁管(2)与薄壁管(1)均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管(2)的内管中心轴线与薄壁管(1)的内管中心轴线重合；每个薄壁管(1)两端均连接有厚壁管(2)，不同薄壁管(1)的轴向长度和径向厚度均沿轴向梯度变化，轴向长度最长的薄壁管(1)对应的径向厚度最小。

【技术特征摘要】
1.一种梯度刻槽缓冲吸能结构，其特征在于，包括若干厚壁管(2)和至少一个薄壁管(1)；厚壁管(2)与薄壁管(1)均沿轴向间隔设置并连接成一个整体，厚壁管(2)的内管中心轴线与薄壁管(1)的内管中心轴线重合；每个薄壁管(1)两端均连接有厚壁管(2)，不同薄壁管(1)的轴向长度和径向厚度均沿轴向梯度变化，轴向长度最长的薄壁管(1)对应的径向厚度最小。2.根据权利要求1所述的梯度刻槽缓冲吸能结构，其特征在于，所述厚壁管(2)与薄壁管(1)的内径均相同。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚如洋，尹冠生，赵振宇，张婉琪，秦小利，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61