一种功能梯度多胞薄壁管制造技术

一种功能梯度多胞薄壁管，包括薄壁管本体，薄壁管本体为由至少一块板件三组成的中空结构；中空结构包括一个胞元区域或者由板件二构成的第二结构件均等分的多个胞元区域，胞元区域内设呈“米”字型设置的板件一构成的第一结构件，各板件的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；本实用新型专利技术能根据实际需要采用不同材料或统一材料的板件设计成不同厚度实现梯度特性，还可以根据实际需要将板件一、二、三独立设置成相同或者不同函数关系梯度变化；本实用新型专利技术的结构在碰撞时每一块区域都具有相同的力学性能，这种结构能通过塑性变形吸收冲击动能降低损伤程度，具有吸能效率高、抗冲击能力强、成本低的特点且能实现轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种功能梯度多胞薄壁管
本技术属于汽车碰撞安全结构设计领域，具体涉及一种功能梯度多胞薄壁管，尤其涉及一种通过管壁的渐进屈曲作用模式使得材料发生渐进叠缩变形的功能梯度多胞薄壁管。
技术介绍
薄壁结构是汽车等运载工具的最重要防撞安全保护部件。在汽车碰撞过程中，主要是薄壁结构受力溃缩吸收能量，起到降低碰撞事故对车身的破坏及保护乘员损伤的作用。在不同的碰撞角度作用下，薄壁结构易发生变形不稳定的现象。为了提高汽车碰撞安全性能以及提高材料利用率，减少薄壁结构的质量，此类薄壁结构优化截面设计是关键。传统的薄壁结构变形模式不稳定、吸能效率低等局限。由于钢的抗压性能好，材料延展性强，所以大多数薄壁结构的材料采用高强度钢。功能梯度多胞薄壁结构在高效吸能以及降低峰值力等方面，突出明显的优势。因此，功能梯度多胞薄壁结构备受汽车行业的青睐。对比文件1：CN202641871U公开一种横隔板加强的薄壁能量吸收管，该薄壁能量吸收管适用于各类爆炸及冲击能量吸收结构，包括一个薄壁管，所述薄壁管内至少设有一个横隔板，横隔板垂直于薄壁管的管壁，并与薄壁管的管壁成固定连接。本对比文件提供的薄壁能量吸收管通过在管内设置横隔板提高其吸收能量的效率，但是由于整个管壁厚度是均匀分布的，碰撞情况下的吸能效果不佳。对比文件2：CN102700488B公开一种缓冲吸能结构，包括中空的金属薄壁结构，并且在中空的薄壁结构中填充轻质金属泡沫材料或金属蜂窝材料，中空的金属薄壁结构与填充的轻质金属多孔材料通过粘结或钎焊固连在一起，形成一个完整的缓冲吸能结构；填充的金属泡沫材料在纵向方向上的密度成梯度变化，填充的金属蜂窝材料在纵向上的孔径尺寸或蜂窝的壁厚成梯度变化。本对比文件公开的缓冲吸能薄壁结构虽然也是设置成梯度变化的，但是是通过将金属泡沫材料的密度或者金属蜂窝材料的孔径尺寸或者壁厚设置成梯度变化来实现的。该对比文件通过在薄壁结构内填充金属泡沫材料或蜂窝材料，且将蜂窝材料的壁厚设置成梯度变化，泡沫材料或者蜂窝材料本身属于新材料，成本较高，且泡沫材料或者蜂窝材料本身的结构也较为固定，其适用工况有限。本技术拟提供一种生产成本低，结构多样，外层薄壁与内层结构件厚度可根据实际需要进行壁厚和材料多样选择的功能梯度多胞薄壁管。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种功能梯度多胞薄壁管，该功能梯度多胞薄壁管通过管壁的渐进屈曲作用模式使得材料发生渐进叠缩变形可以提高其吸能效率，具有耐撞性高，碰撞时的稳定性强，轻量化的特点。为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：提供一种功能梯度多胞薄壁管，包括薄壁管本体，所述薄壁管本体为由至少一块板件三组成的中空结构；方案一：所述中空结构包括一个胞元区域，所述胞元区域包括由第一结构件均分出的若干胞元管状结构，所述第一结构件由呈“米”字型设置的板件一组成；所述第一结构件由沿其纵向长度设置的均等分的n段第一结构件单元组成，n段第一结构件单元之间顺次固定连接，构成第一结构件单元的板件一的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；所述薄壁管本体也由沿其纵向长度设置的均等分的n段管本体单元组成，n段管本体单元之间顺次固定连接，构成管本体单元的板件三的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；设薄壁管本体和第一结构件的长度均为L。进一步地，方案一中，所述中空结构为圆形或者方形。方案二：所述中空结构为方形，所述中空结构包括由板件二构成的第二结构件均分出的两个或两个以上的胞元区域，所述每个胞元区域均包括由第一结构件均分出的若干胞元管状结构，所述第一结构件由呈“米”字型设置的板件一组成；所述第一结构件由沿其纵向长度设置的均等分的n段第一结构件单元组成，n段第一结构件单元之间顺次固定连接，构成第一结构件单元的板件一的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；所述第二结构件也沿其纵向长度设置的均等分的n段第二结构件单元组成，n段第二结构件单元之间顺次固定连接，构成第二结构件单元的板件二的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；所述薄壁管本体也由沿其纵向长度设置的均等分的n段管本体单元组成，n段管本体单元之间顺次固定连接，构成管本体单元的板件三的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；设薄壁管本体、第一结构件、第二结构件的长度均为L。进一步地，方案二中：第二结构件的板件二呈“一”或“|”或“十”或“井”字型设置，或者第二结构件由两块以上呈水平平行设置的横向板件二与垂直于横向板件二设置且将横向板均等分的至少一块竖向板件二组成。进一步，上述两种方案中，n段纵向对应设置的各板件一的对称中心都在同一轴线上。进一步地，上述两种方案中，n段纵向对应设置的各板件三的对称中心都在同一轴线上。进一步地，方案二中，n段纵向对应设置的各板件二的对称中心都在同一轴线上。优选地，上述函数关系式为：Ti＝T1+Ta*(i-1)；其中：Ti代表第i段板件(板件一或板件二或板件三)的厚度；1≤i≤n；T1代表碰撞首端的板件(板件一或板件二或板件三)厚度；Ta为板件(板件一或板件二或板件三)的厚度的递增梯度。优选地，上述函数关系式为：其中：T(xi)代表第i段板件(板件一或板件二或板件三)的厚度；1≤i≤n；xi是第i段板件(板件一或板件二或板件三)的纵向长度中心线距离薄壁管上端部的长度，L是薄壁管本体的长度；T1为碰撞首端的板件的厚度(最小厚度)；Tn为固定端的板件的厚度(最大厚度)；T0≠Tm；a为梯度指数，a≠0。进一步地，所述第一结构件与薄壁管本体之间通过焊接固定连接。进一步地，所述第二结构件与薄壁管本体之间通过焊接固定连接。进一步地，第一结构件与第二结构件之间也通过焊接固定连接。优选地，n段纵向对应设置的各板件一之间通过激光焊接固定连接。优选地，n段纵向对应设置的各板件二之间通过激光焊接固定连接。优选地，n段纵向对应设置的各板件三之间通过激光焊接固定连接。进一步地，连接处采用高强度钢激光拼接，从而降低整体薄壁结构的质量，实现轻量化。优选地，碰撞首端的厚度为0.35-3.0mm；薄壁管本体(或第一结构件或第二结构件)的长度为150-300mm；薄壁管本体中心截面边长为50-80mm。本技术具有如下有益效果：1、本技术的多胞薄壁管包括一个胞元区域或者均等分的多个胞元区域，且胞元区域内设置米字型结构件，使得在碰撞时每一块区域具有相同的力学性能，当受到非轴向力冲击时，这种结构通过塑性变形吸收冲击动能，降低损伤程度。2、本技术的多胞薄壁管的板件的厚度设置成呈梯度变化，使其在较大载荷角度范围下产生渐进式变形模式成为可能，从而进一步提高其在更高载荷角度下抵抗弯曲变形模式的承载能力；通过厚度属性梯度的改变，薄壁结构的耐撞性能够得到较大的提高，在结构轻量化和耐撞性等方面能得到良好的平衡，是一种较为理想的吸能结构。3、本技术中的板件一、板件二、板件三根据实际需要采用不同材料(例如：高强度钢与低强度钢)设计成不同厚度，或者采用同一材料设计成不同厚度实现梯度特性。此外，板件一、板件二、板件三之间的梯度变化函数关系可以根据实际需要独立设置成相同函数关系梯度变化或者不同函数关系梯度变化。梯度特性可以使工程师们根据不同典型结构的性能特点和要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能梯度多胞薄壁管，其特征在于，包括薄壁管本体，所述薄壁管本体为由至少一块板件三组成的中空结构；所述中空结构包括一个胞元区域，所述胞元区域包括由第一结构件均分出的若干胞元管状结构，所述第一结构件由呈“米”字型设置的板件一组成；所述第一结构件由沿其纵向长度设置的均等分的n段第一结构件单元组成，n段第一结构件单元之间顺次固定连接，构成第一结构件单元的板件一的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；所述薄壁管本体也由沿其纵向长度设置的均等分的n段管本体单元组成，n段管本体单元之间顺次固定连接，构成管本体单元的板件三的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；设薄壁管本体和第一结构件的长度均为L。

【技术特征摘要】
1.一种功能梯度多胞薄壁管，其特征在于，包括薄壁管本体，所述薄壁管本体为由至少一块板件三组成的中空结构；所述中空结构包括一个胞元区域，所述胞元区域包括由第一结构件均分出的若干胞元管状结构，所述第一结构件由呈“米”字型设置的板件一组成；所述第一结构件由沿其纵向长度设置的均等分的n段第一结构件单元组成，n段第一结构件单元之间顺次固定连接，构成第一结构件单元的板件一的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；所述薄壁管本体也由沿其纵向长度设置的均等分的n段管本体单元组成，n段管本体单元之间顺次固定连接，构成管本体单元的板件三的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；设薄壁管本体和第一结构件的长度均为L。2.根据权利要求1所述的一种功能梯度多胞薄壁管，其特征在于，所述中空结构为圆形或者方形。3.根据权利要求1所述的一种功能梯度多胞薄壁管，其特征在于，所述中空结构为方形，所述中空结构包括由板件二构成的第二结构件均分出的两个或两个以上的胞元区域，所述每个胞元区域均包括由第一结构件均分出的若干胞元管状结构，所述第一结构件由呈“米”字型设置的板件一组成；所述第一结构件由沿其纵向长度设置的均等分的n段第一结构件单元组成，n段第一结构件单元之间顺次固定连接，构成第一结构件单元的板件一的厚度由薄壁管的碰撞首端往固定端呈函数关系递增；所述第二结构件也沿其纵向长度设置的均等分的n段第二结构件单元组成，n段第二结构件单元之间顺次固定连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方义，丁晨辉，李凤玲，荣见华，尹来荣，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43