一种弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及缓冲吸能技术领域，尤其涉及一种弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸 能组件。
【背景技术】
[0002] 随着汽车、高速列车等交通工具的不断发展及运行速度的不断提高，其碰撞安全 性越来越受到人们的关注，由于碰撞事故会造成重大人身伤亡和财产损失，碰撞问题已成 为汽车、高速列车等结构设计时必须考虑的问题。汽车、高速列车中的另一个重要问题就 是缓冲问题，但物体承受轻微碰撞或颠簸时，缓冲组件能够有效的减轻振动，减小碰撞加速 度。吸能和缓冲的重要区别就在于，吸能形成的变形往往是利用结构不可恢复的变形特性 来吸收能量，而缓冲则是利用材料及结构可恢复的变形来缓解能量的释放。目前应用在车 辆上的缓冲装置结构比较单一，比如弹簧或液压缸等，当发生意外事故，需要迅速减缓撞击 能量，甚至通过损毁保险部件来换取人身安全时，这些缓冲装置还难于胜任，而单纯的吸能 部件在正常运行中也不能体现缓冲作用，没有把吸能部件和缓冲部件的功能较好的融为一 体。
[0003] 如果能将碰撞吸能装置与缓冲装置结合，将能够在满足车辆安全性能的前提下， 大幅提高车辆轻量化设计要求。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单且具有缓冲和吸能作用 的弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件。
[0005] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种弹性缓冲与塑性屈曲串联式 吸能组件，包括筒形薄壁部件及压缩弹簧，其特征在于，所述压缩弹簧的一端与所述筒形薄 壁部件的一端固定连接，所述筒形薄壁部件的另一端为固定安装端，所述压缩弹簧的另一 端为受力端。
[0006] 本实用新型的有益效果是：本实用新型将弹性部件的缓冲能力与塑性部件的吸能 能力有机的结合为一体，使本实用新型的组件既具有缓冲功能，又具备在突发事故的缓冲 吸能功能，尤其适合作为高速车辆上的安全组件使用。在正常服役情况下，压缩弹簧提供缓 冲功能。而在发生剧烈碰撞时，筒形薄壁部件利用塑性吸能，消耗碰撞能量。通过理论评估， 可以组合组件在弹性缓冲和塑性吸能阶段的压溃力预测公式，可针对不同的情况做出合理 设计。这种组合设计有利于满足车辆轻量化设计要求，在车身中含有大量的薄壁结构，将本 实用新型应用在这些薄壁结构上能大大提高整车的安全防护性能。
[0007] 在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0008] 进一步，所述筒形薄壁部件的固定安装端设有安装板，所述压缩弹簧与筒形薄壁 部件之间通过连接板固定连接，所述压缩弹簧的受力端设有支承板。
[0009] 采用上述进一步方案的有益效果是，安装板、连接板及支承板的设置，使本实用新 型的组件不仅便于安装使用，而且能保证能量沿所述压缩弹簧的轴线传输，更好的发挥组 件吸能缓冲作用。
[0010] 进一步，所述筒形薄壁部件的横断面为圆形、椭圆形、矩形或多边形。
[0011] 采用上述进一步方案的有益效果是，不同形状的选择有利于制作不同的组件，适 应不同安装位置和功能的要求。
[0012] 进一步，所述筒形薄壁部件为金属材质。
[0013] 采用上述进一步方案的有益效果是，金属筒形薄壁部件在轴压下一般具有稳定的 渐进破坏模式，因此更适合连续吸能，化解剧烈冲击。
[0014] 所述吸能组件所能承载的弹性缓冲能为：
[0016] 其中，k为弹簧弹性系数，L1S压缩弹簧的自由长度，压缩弹簧压实长度为L 2。。
[0017] 所述吸能组件所能承载的塑性吸能能力为：
[0019] 其中，Y为筒形薄壁部件材料屈服强度，t为筒形薄壁部件厚度，D为筒形薄壁部件 直径，L为筒形薄壁部件的长度，L 3表示筒形薄壁部件被压缩变形到极限的长度。
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型的组件结构示意图；
[0021] 图2为本实用新型的工作原理示意图（初始状态）；
[0022] 图3为本实用新型的工作原理示意图（弹性缓冲阶段）；
[0023] 图4为本实用新型的工作原理示意图（塑性吸能阶段）；
[0024] 图5为本实用新型的工作原理示意图（压实阶段）；
[0025] 图6为本实用新型的压溃力位移曲线示意图。
[0026] 在图1~图6中，1、筒形薄壁部件；2、压缩弹簧；3、安装板；4、连接板；5、支承板。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0028] 如图1到图5所示，一种弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件，包括筒形薄壁部件 1及压缩弹簧2,所述压缩弹簧的一端与所述筒形薄壁部件的一端固定连接，所述筒形薄壁 部件的另一端为固定安装端，所述压缩弹簧的另一端为受力端。
[0029] 所述筒形薄壁部件的固定安装端设有安装板3,所述压缩弹簧与筒形薄壁部件之 间通过连接板4固定连接，所述压缩弹簧的受力端设有支承板5。
[0030] 所述筒形薄壁部件的横断面为圆形、椭圆形、矩形或多边形。
[0031] 所述筒形薄壁部件为金属材质。也可以为其它塑性材质。
[0032] 本实用新型的工作原理如下：
[0033] 筒形薄壁部件1在受到足够的压力时，通过塑性屈曲能吸收可观的能量，经过合 理的设计，筒形薄壁部件具有可控制的破坏模式，较平稳的压溃载荷，是一种有益的缓冲结 构。压缩弹簧是典型的缓冲组件，具有完全可恢复的变形能力。
[0034] 压缩弹簧可提供的弹性缓冲可表示为：
[0035] Ft= kx
[0036] 其中Ft为缓冲力，k为弹簧弹性系数，X为位移量。
[0037] 筒形薄壁部件所能提供的塑性压溃力为：
[0039] 其中Fav是筒形薄壁部件平均压溃力，F #且件弹塑性转化临界力，Y为筒形薄壁部 件材料屈服强度，t为筒形薄壁部件厚度，D为筒形薄壁部件直径。
[0040] 本吸能组件的弹塑性临界转化有压溃力控制，选取^为临界转换力。当
[0041] Ft< Fl
[0042] 此时，吸能组件表现为弹性缓冲性能，这时组件变形可以完全恢复。
[0043] 如图2所示，为本实用新型的初始状态原理示意图。图中L为筒形薄壁部件的长 度，L1为压缩弹簧的自由长度。X代表水平方向的位移轴。
[0044] 如图3所示，为本实用新型的组件处于弹性缓冲阶段的工作原理示意图。
[0045] 如图4所示，压缩弹簧压实长度为L2，通过优化设计，使得这一时刻弹簧作用力恰 好与临界转换力相等，组件如果继续压缩，则有
[0046] Ft^ Fl
[0047] 此时，吸能组件表现为塑性吸能特性，会输出稳定的塑性压溃力。
[0049] 其中1^2表示压缩弹簧的压缩到极限的长度。
[0050] 吸能组件在塑性压缩阶段持续压溃，直到筒形薄壁部件压实，吸能组件此时丧失 了吸能能力。
[0051] 如图5所示，为本实用新型的吸能组件处于压实状态的工作原理示意图。其中L2 表示压缩弹簧的压缩到极限的长度；L3表示筒形薄壁部件被压缩变形到极限的长度。
[0052] 如图6所示，为本实用新型的压溃力位移曲线示意图，其中，X代表水平方向 的压缩距离，F代表组件上所承受的力大小。可以看出，吸能组件具备总的吸能位移为 I^L1-L2-L3，其中弹性缓冲距离为L1-L 2，塑性吸能距离为L-L3。组件所能承载的弹性缓冲能 为：
[0056] 从上述分析还能看出：通过调节筒形薄壁部件的直径及厚度，可以调节筒形薄壁 部件屈曲平均压溃力，也就是弹塑性转化临界力Fp通过调节筒形薄壁部件长度L可调节 塑性屈曲段长度及塑性吸能能力。
[0057] 在特定^的情况下，在弹性阶段可通过调节弹性系数k来调节弹性缓冲特性，通 过调节L1可调节弹性缓冲段距离。
[0058] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件，包括筒形薄壁部件及压缩弹簧，其特征 在于，所述压缩弹簧的一端与所述筒形薄壁部件的一端固定连接，所述筒形薄壁部件的另 一端为固定安装端，所述压缩弹簧的另一端为受力端。2. 根据权利要求1所述的弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件，其特征在于，所述筒 形薄壁部件的固定安装端设有安装板，所述压缩弹簧与筒形薄壁部件之间通过连接板固定 连接，所述压缩弹簧的受力端设有支承板。3. 根据权利要求1或2所述的弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件，其特征在于，所述 筒形薄壁部件的横断面为圆形、椭圆形、矩形或多边形。4. 根据权利要求1所述的弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件，其特征在于，所述筒 形薄壁部件为金属材质。
【专利摘要】本实用新型涉及一种弹性缓冲与塑性屈曲串联式吸能组件，包括筒形薄壁部件及压缩弹簧，其特征在于，所述压缩弹簧的一端与所述筒形薄壁部件的一端固定连接，所述筒形薄壁部件的另一端为固定安装端，所述压缩弹簧的另一端为受力端。所述筒形薄壁部件的固定安装端设有安装板，所述压缩弹簧与筒形薄壁部件之间通过连接板固定连接，所述压缩弹簧的受力端设有支承板。本实用新型的有益效果是，结构简单，具有缓冲和吸能作用，提高了安全防护性能。
【IPC分类】B60R19/28, B60R19/34
【公开号】CN204688025
【申请号】CN201520118709
【发明人】魏延鹏, 谭克勤
【申请人】烟台科力博睿地震防护科技有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年2月28日