专利名称：一种仿竹结构的仿生吸能管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种吸能结构，特别涉及一种仿竹结构的仿生吸能管。
背景技术：
各种车辆都需要防撞装置，现有的吸能保护装置的吸能效果不佳，比吸能比较小，比吸能是单位重量吸能结构的吸能的大小。
发明内容本实用新型的目的是为了解决现有吸能结构比吸能比较小的问题，而提供一种比吸能大的仿竹结构的仿生吸能管。·本实用新型根据竹子径向、轴向的宏观和微观结构，提取影响竹材能量吸收和承载的结构特征参数，宏观上得出竹节随着竹竿高度的分布规律，微观上得出纤维束沿竹青——竹肉一一竹黄的梯度分布规律。根据竹子离散分布的竹节外观形态，设计仿生吸能管的宏观结构，根据竹材在径向纤维束的梯度分布和细胞壁多层结构特性，设计仿生吸能管内部的内部结构。以上结构除了提高轴向吸能外，在横向上还能够提高其承载能力。本实用新型是由筒状外管、数个约束圈、数个约束壁和数个约束梁构成，数个约束圈等间距设置在筒状外管，约束壁呈筒状，数个约束壁套在筒状外管内，筒状外管与约束壁之间以及相邻约束壁之间设置有数个约束梁，每个约束梁各以二个支撑板与相邻的二个约束壁连接，约束梁呈圆管状。所述约束梁的分布密度符合下述公式P =n/2 31 R其中，P表示约束梁的密度，η表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。本实用新型的有益效果提高了吸能管轴向吸收能量的能力，即提高了吸能管的比吸能，在横向上还提高了吸能管的承载能力。
图I本实用新型实施例的端面示意图。图2本实用新型实施例的侧视图。图3为本实用新型实施例的轴向碰撞载荷与位移曲线图。图4为本实用新型实施例的轴向碰撞比吸能随时间变化曲线图。图5为本实用新型实施例的仿生吸能管径向承受载荷变化图。图6为本实用新型实施例的仿生吸能管径向承载比吸能变化图。
具体实施方式
请参阅图I和图2所示，本实用新型是由筒状外管I、数个约束圈2、数个约束壁3和数个约束梁4构成，数个约束圈2等间距设置在筒状外管1，约束壁3呈筒状，数个约束壁3套在筒状外管I内，筒状外管I与约束壁3之间以及相邻约束壁3之间设置有数个约束梁4，每个约束梁4各以二个支撑板41与相邻的二个约束壁3连接，约束梁4呈圆管状。所述约束梁的分布密度符合下述公式P =n/2 3i R其中，P表示约束梁的密度，η表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。实施例筒状外管I的长度为300mm,筒状外管I的直径为80mm,筒状外管I的壁厚为I. 5mm。约束圈2均匀分布在筒状外管I上，约束圈2的外径为86mm，约束圈2的内径为72mm,相邻约束圈2之间的距离为120mm,约束圈2的壁厚为3mm。所述约束梁的分布密度P =n/2 31 R其中，P表示仿生纤维束约束梁的密度，η表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。约束梁4呈圆管状，圆管外径为3. 5mm,内径为2. 5mm。轴向约束梁4共分三层，每层约束梁4的密度在径向按梯度分布，由外层到内层密度逐渐减小，由外层到内层分别记作第一层、第二层与第三层。第一层中约束梁的个数是8个，半径为是35. 75mm,约束梁的分布密度P =0. 08 ;第二层中约束梁4的个数是12个，半径为是29. 75mm，约束梁的分布密度P =0. 064 ;第三层中约束梁4的个数是8个，半径为是23. 75_，约束梁的分布密度P =0. 054。筒状外管I内部的三层约束梁4厚度与约束壁3的厚度相等，均是O. 5mm，每层约束梁4的中心的间距为为11mm。本实用新型的有限元仿真试验管壁的材料采用LD2铝合金，具有中等强度和较高的塑性，材料的密度为P =2. 7X 10_6kg/mm3，弹性模量为 E=70GPa,泊松比为 μ =0. 31，屈服强度为 SIGY=O. 25Gpa，Hypermesh中采用MATL24材料模型。质量m=600kg初速度v=10m/s的质量块与圆管及固定的刚性墙碰撞，分析计算过程中圆管管壁采用自动单面接触算法(single surface)，使管壁在压缩时自身产生的变形相互接触和摩擦，被压缩的管壁之间的静摩擦系数为O. 3。当圆管压缩在有效长度范围内时，普通圆管碰撞的平均载荷为19. 3，带轴向约束梁4的仿生吸能管的平均载荷为122kN，带径向约束圈2和轴向约束梁4的仿生吸能管的平均载荷为112kN ;普通圆管吸收的能量为4547kJ，带轴向约束梁4的仿生吸能管吸收的能量为22819kJ，带径向约束圈2和轴向约束梁4的仿生吸能管吸收的能量为21194kJ。在碰撞过程中，仿生吸能管可以有效提高吸收的总能量。如图3所示，为本实用新型的轴向碰撞载荷与位移曲线图。如图4所示，为本实用新型的轴向碰撞比吸能随时间变化曲线图。如图5所示，为本实用新型的仿生吸能管径向承受载荷变化图。如图6所示，为本实用新型的仿生吸能管径向承载比吸能变化图。不同吸能管轴向碰撞的吸能特性如表I所示[0036]表I不同吸能管轴向碰撞的吸能特性
权利要求1.一种仿竹结构的仿生吸能管，其特征在于是由筒状外管(I)、数个约束圈(2)、数个约束壁(3)和数个约束梁(4)构成，数个约束圈(2)等间距设置在筒状外管(1)，约束壁(3)呈筒状，数个约束壁(3 )套在筒状外管(I)内，筒状外管(I)与约束壁(3 )之间以及相邻约束壁(3)之间设置有数个约束梁(4)，每个约束梁(4)各以二个支撑板(41)与相邻的二个约束壁(3)连接，约束梁(4)呈圆管状。
2.根据权利要求I所述的一种仿竹结构的仿生吸能管，其特征在于所述约束梁的分布密度符合下述公式P =n/2 R, 其中，P表示约束梁的密度，η表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径。
专利摘要本实用新型公开了一种仿竹结构的仿生吸能管，是由筒状外管、数个约束圈、数个约束壁和数个约束梁构成，数个约束圈等间距设置在筒状外管，约束壁呈筒状，数个约束壁套在筒状外管内，筒状外管与约束壁之间以及相邻约束壁之间设置有数个约束梁，每个约束梁各以二个支撑板与相邻的二个约束壁连接，约束梁呈圆管状；所述约束梁的分布密度是ρ=n/2πR，其中，ρ表示约束梁的密度，n表示每层约束梁的个数，R表示约束梁中心所在的圆的半径；本实用新型提高了吸能管轴向吸收能量的能力，即提高了吸能管的比吸能，在横向上还提高了吸能管的承载能力。
文档编号B60R19/02GK202764894SQ20122048367
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者邹猛, 魏灿刚, 赵振家, 刘国敏, 李建桥, 许述财, 张金换, 章雄 申请人:吉林大学