【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于缓冲吸能，具体涉及一种填充密度梯度泡沫铝的吸能结构。
技术介绍
1、传统的由钢或铝合金加工成的薄壁圆管或方管被广泛运用于汽车的碰撞吸能盒，但其存在的主要问题是在发生碰撞时，存在一个急剧上升的初始峰值载荷，使得汽车有很大的负加速度，威胁驾驶者和乘客的生命安全。相比于圆管，圆锥管在吸能方面具有优势。由于圆锥管的形状，冲击力在其表面上会被分散，从而减缓了冲击力的集中作用。这种分散作用可以减小冲击力对结构的影响，降低了冲击力的峰值，同时使得冲击力缓慢上升，更大程度保护乘客安全。
2、传统的泡沫铝材料虽已得到广泛的应用，但吸能特性并非很好。密度梯度泡沫铝材料可以利用不同密度泡沫铝力学性能的差异，通过控制填充泡沫铝的密度变化来实现泡沫铝填充结构压缩行为的稳定可控，结果显示，具有密度变化的泡沫铝具有更好的吸能特性，变形模式更加稳定。
3、目前的吸能盒结构很少考虑设置诱导槽，在吸能构件上采用设置诱导槽的方法进行结构优化设计，使得压溃按照预先设定方式进行，设计吸能盒压溃诱导槽可以在槽内使得撞击力更好地被分散，对吸能盒的碰撞吸能特性进行改善。
4、在一些高冲击负载的应用中，如汽车碰撞和航天器着陆，需要一种能够在受到冲击时吸收能量并减轻冲击力的结构，现有的吸能结构尚未达到较好的吸能效果。因此，研发一种轻量化、高效吸能的吸能结构成为了一个重要的课题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种填充密度梯度泡沫铝的吸
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，包括圆锥管，圆锥管的内壁与外壁上均设置有诱导槽，圆锥管的内部填充有梯度密度泡沫铝，密度梯度泡沫铝按从上到下密度依次增大的方式设置。
4、优选地，圆锥管的锥角范围为5～15°。
5、优选地，圆锥管的壁厚为1.5～3mm。
6、优选地，圆锥管的高度为150～220mm。
7、优选地，圆锥管采用铝合金材料制成。
8、优选地，诱导槽为v形或u形结构。
9、优选地，诱导槽包括内壁诱导槽和外壁诱导槽，内壁诱导槽和外壁诱导槽分别在圆锥管的内壁和外壁上周期性地设置。
10、更优选地，内壁诱导槽和外壁诱导槽均等间距分布。
11、优选地，泡沫金属采用不同密度的泡沫铝填充而成。
12、更优选地，泡沫铝通过过盈配合方式与圆锥管贴合设置。
13、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
14、一种填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，在圆锥管的内壁和外壁上设置诱导槽，能够引导冲击力沿着预定路径传递。这样可以控制冲击力的传递方向，使其在结构中传递并分散，从而实现更有效的能量吸收和分散；将泡沫金属材料填充在圆锥管内，能够吸收和分散冲击能量；泡沫金属具有较高的比吸能和载荷效率，能够有效地减轻冲击力对结构的影响；泡沫金属的存在使得变形模式更加的稳定和可控，通过调整圆锥管几何参数、诱导槽的形状和位置以及填充泡沫铝的密度梯度，可以实现最佳的能量吸收和分散效果；优化设计可以使结构具有更高的吸能能力和载荷效率，提高结构的安全性和可靠性。
15、进一步的，引入5～15°的锥角，可以在不降低总体吸能的情况下，使峰值压缩力显著降低；另外，研究发现锥形管的变形稳定性明显高于普通直管。此外，锥形管抵抗倾斜载荷的能力也明显强于直管，锥形管的临界失稳倾斜角高于相同长度、厚度和平均直径的直管。
16、进一步的，将圆锥管壁厚控制在1.5-3mm，合理的壁厚设计可以在满足结构强度和功能要求的同时，尽量减少材料的使用量和制造成本。较薄的壁厚可以减轻结构的重量，达到轻量化设计；较厚的壁厚可以提供更大的抗弯刚度和抗压能力，从而减小结构的变形和破坏。通过优化壁厚，可以实现结构的轻量化和节约成本的目标。
17、进一步的，将圆锥管高度控制在150-220mm，通过调整圆锥管的高度，可以优化吸能结构的吸能性能。较低的圆锥管高度可以节约空间，更好地应用于汽车吸能盒上；较高的圆锥管高度可以提供更大的变形空间，使其能够更好地吸收和分散冲击能量，从而提高结构的吸能能力。通过优化高度，可以实现在有限的空间内增加吸能结构的吸能能力。
18、进一步的，利用轻质高强的铝合金材料制备带有内外诱导槽的密度梯度泡沫铝填充薄壁圆锥管吸能结构，实现了吸能结构的轻量化和高强度。该结构在车辆碰撞时能够高效吸收和分散更多的碰撞能量，有效缓冲碰撞冲击，极大提升了车辆的被动安全性能，大幅减小碰撞事故所造成的损失。这种创新设计不仅使得吸能结构具备轻量化的特性，同时也保持了高强度的优势，为轨道车辆的安全运行提供了可靠保障。
19、进一步的，诱导槽可以用来引导冲击能量的传播路径，由于诱导圆锥管进行压溃时的变形模式接近于v形或u形，因此将诱导槽形式设置为v形或u形，这有助于诱导结构的变形，减少不稳定的变形模式发生。在均匀分散外部冲击载荷的同时，并提供额外的支撑，从而增加结构的强度，提高其整体吸能性能。
20、进一步的，诱导槽在圆锥管的内壁和外壁上周期性设置，使得变形模式变得更加稳定和规律，增加结构的变形能力，使其能够更好地吸收和分散外部冲击能量。同时更多的诱导槽，提供更多的支撑和接触面积，从而增强结构的稳定性，防止圆锥管在受到外部冲击或压力时发生变形或破裂。
21、进一步的，泡沫铝材料具有许多优异的性能，使其成为降低车辆吸能结构重量的理想选择；首先，泡沫铝具有非常低的密度，通常在0.1～0.6g/cm3之间，使得它成为一种非常轻质的材料。相比之下，传统的结构材料如钢和铝合金的密度通常在2.7～8g/cm3之间，因此泡沫铝可以显著降低整体结构的重量。其次，泡沫铝具有出色的吸能特性。由于其孔隙结构，泡沫铝可以在受到冲击或压缩时有效地吸收能量。这使得它成为一种优异的吸能材料，能够在碰撞事故中吸收更多的能量，减轻对车辆和乘客的冲击力。该结构可以根据不同的需求进行优化设计。通过调整圆锥管几何参数、诱导槽的形状和位置以及填充泡沫铝的密度梯度，可以实现最佳的能量吸收和分散效果。优化设计可以使结构具有更高的吸能能力和载荷效率，提高结构的安全性和可靠性。
22、综上所述，本专利技术在保证良好的变形模式及大的缓冲行程的条件下，提供平稳的缓冲力，同时具备轻量化设计，使比吸能大大提高；能够实现更有效的能量吸收和分散，提高结构的吸能能力和载荷效率，从而减轻冲击力对结构的影响，提高结构的安全性和可靠性。
23、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，包括圆锥管(4)，圆锥管(4)的内壁与外壁上均设置有诱导槽，圆锥管(4)的内部填充有泡沫金属，泡沫金属按从上到下密度依次增大的方式设置。
2.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)的锥角范围为5～15°。
3.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)的壁厚为1.5～3mm。
4.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)的高度为150～220mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)采用铝合金材料制成。
6.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，诱导槽为V形或U形结构。
7.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，诱导槽包括内壁诱导槽(1)和外壁诱导槽(2)，内壁诱导槽(1)和外壁诱导槽(2)分别在圆锥管(4)的内壁和外壁上周期性地设置。
8.根据
9.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，泡沫金属(3)采用不同密度的泡沫铝填充而成。
10.根据权利要求9所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，泡沫铝通过过盈配合方式与圆锥管(4)贴合设置。
...【技术特征摘要】
1.一种填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，包括圆锥管(4)，圆锥管(4)的内壁与外壁上均设置有诱导槽，圆锥管(4)的内部填充有泡沫金属，泡沫金属按从上到下密度依次增大的方式设置。
2.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)的锥角范围为5～15°。
3.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)的壁厚为1.5～3mm。
4.根据权利要求1所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)的高度为150～220mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的填充密度梯度泡沫铝的吸能结构，其特征在于，圆锥管(4)采用铝合金材料制成。
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