一种基于折纸原理的点阵缓冲结构

本发明属于汽车碰撞测试，具体涉及一种基于折纸原理的点阵缓冲结构。

背景技术：

1、汽车交通事故问题依然不容乐观。这也从侧面说明了制定完善相关汽车安全法规，以强制手段来提升汽车安全的必要性。俗话说“无规矩不成方圆”，各国都立法要求汽车能够应对事故发生，并降低事故对车内人员、行人和其他车辆人员的伤害。

2、汽车碰撞测试是检验汽车是否合格的最行之有效、最准确的方式之一。全球各地的公共或私人检验机构都设有专门的汽车碰撞实验室，对不同品牌不同型号的汽车进行安全评级，消费者在购车时可根据这些评级来选购更合适的汽车。

3、汽车碰撞测试中必不可少的装置是撞击测试所使用的撞击墙，在其内部的缓冲装置更是其重要部分。传统缓冲装置多采用蜂窝铝、混凝土或钢结构等形式，存在适应性差、空间利用率低等问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，结构小巧，且通过将一个个元胞组装在一起，能够适应各种碰撞测试，从而解决传统缓冲装置适应性差、空间利用率低等问题，在各种碰撞测试中具有广泛的应用。

2、为了达到上述目的，本发明提出如下技术方案：

3、一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，包括基本缓冲结构框架和折叠缓冲装置，所述基本缓冲结构框架包括呈相对布置的第一支撑板101和第二支撑板102，所述第一支撑板和第二支撑板之间设有呈四角分布的四根弯曲三棱柱103且四根弯曲三棱柱103在垂直于第一支撑板的方向上得到的视图为正方形，位于对角线上的两根弯曲三棱柱的凹部呈相对设置，位于非对角线上的两根弯曲三棱柱端部的内壁面分别通过梯形斜四棱柱104连接，每根弯曲三棱柱的端面和两根梯形斜四棱柱的侧面均与第一支撑板、第二支撑板固接；每根弯曲三棱柱的内壁面上固接位于基本缓冲结构框架内部的折叠缓冲装置20。

4、进一步的，所述弯曲三棱柱的制作方法为：步骤a1、将截面为正方形的实心金属管沿对角线进行切割，得到三棱柱；步骤a2、将三棱柱沿中心点处弯折；步骤a3、将三棱柱弯折处的多余部分削去，并进行打磨，得到弯曲三棱柱。

5、进一步的，所述梯形斜四棱柱的制作方法为：步骤b1、将一块长方体状的金属条切割为一个沿周向分布的四个侧面均为梯形的斜四棱柱；步骤b2、将斜四棱柱的两端进行切割、打磨，使两端面能够贴合弯曲三棱柱的内壁面。

6、进一步的，所述基本缓冲结构框架的制作方法为：步骤c1、将梯形斜四棱柱的两端面完全贴合弯曲三棱柱端部的内壁面后进行焊接、打磨；步骤c2、将四根弯曲三棱柱呈四角布置并使位于对角线上的两根弯曲三棱柱的凹部呈相对布置，而后在第一支撑板、第二支撑板的连接面上用于连接弯曲三棱柱和梯形斜四棱柱的位置进行标记；步骤c3、在第一支撑板和第二支撑板的连接面上标记的位置熔去0.5-0.7mm；步骤c4、将四根弯曲三棱柱的端部及四根梯形斜四棱柱的侧面与第一支撑板、第二支撑板标记的位置一一对应焊接并进行打磨，保证焊接处两个支撑板的厚度仍与步骤c3之前的两个支撑板的厚度相同，将弯曲三棱柱、梯形斜四棱柱与两个支撑板固定在一起。

7、进一步的，所述第一支撑板、第二支撑板、四根弯曲三棱柱、四根梯形斜四棱柱的材质均为高强度钢制成。

8、进一步的，所述折叠缓冲装置为轴对称结构，包括多个子折叠缓冲结构，所述子折叠缓冲结构包括连接夹片201、缓冲夹片202，连接夹片201具有第一凹腔2011，第一凹腔的两侧具有第一边沿2012，所述第一凹腔2011的尺寸沿连接夹片的长度方向逐渐改变，从而使两个第一边沿的一端交汇到顶点e；缓冲夹片采用与连接夹片同样的结构但其尺寸小于连接夹片，具有第二凹腔2021、两个第二边沿2022且两个第二边沿的一端交汇到顶点f；缓冲夹片的顶点f固接于第一凹腔远离顶点e的另一侧的截面中心点处，缓冲夹片的第二边沿2022与第一凹腔2011的内壁面固接，缓冲夹片的第二凹腔2021与连接夹片的第一凹腔2011连通、从而形成一个半封闭的腔室q；

9、多个子折叠缓冲结构的连接方式为：相邻两个连接夹片2011的第一边沿2012固接，使多个连接夹片的顶点e重合，使多个连接夹片远离顶点e的另一侧的边沿连接线呈瓦楞状；

10、所述折叠缓冲装置与弯曲三棱柱的连接方式为：位于边缘的一个连接夹片的剩余第一边沿与位于弯折处上方的弯曲三棱柱的内壁面固接，位于边缘的另一个连接夹片的剩余第一边沿与位于弯折处下方的弯曲三棱柱的内壁面固接，且多个连接夹片的顶点e固接于弯曲三棱柱的弯折处。

11、进一步的，所述折叠缓冲装置包括两个子折叠缓冲结构，子折叠缓冲结构中连接夹片具有截面呈v型的第一凹腔2011，第一凹腔的两侧具有第一边沿2012、其底部具有第一折线2013且两个第一边沿和第一折线的一端交汇到顶点e，缓冲夹片具有第二凹腔2021、两个第二边沿2022、第二折线2023且两个第二边沿和第二折线的一端交汇到顶点f，所述缓冲夹片的顶点f固接于第一折线远离顶点e的另一端部；两个子折叠缓冲结构连接后，两个连接夹片远离顶点e的另一侧的边沿连接线呈w型。

12、进一步的，所述折叠缓冲装置的制作方法为：步骤d1、将金属片沿过顶点e的第一折线弯折形成截面呈v型的连接夹片，且连接夹片的第一边沿的长度等于弯曲三棱柱的弯折处至弯曲三棱柱与梯形斜四棱柱焊接处的距离；步骤d2、将另一金属片沿过顶点f的第二折线弯折形成截面呈v型的缓冲夹片；步骤d3、将缓冲夹片的顶点f焊接于连接夹片上第一折线远离顶点e的另一端部，且将第二边沿焊接于连接夹片的内壁面上，使连接夹片的第一凹腔与缓冲夹片的第二凹腔构成一个半封闭的腔室q；步骤d4、将步骤d3得到的两个连接夹片对称放置后，将相邻的两个第一边沿焊接在一起，得到折叠缓冲装置。

13、进一步的，所述金属片的材质为高强度钢。

14、进一步的，每个点阵缓冲结构作为一个元胞，多个元胞的第一支撑板和第二支撑板一一对应后进行固接，得到碰撞测试中撞击墙用缓冲装置。

15、本发明一种基于折纸原理的点阵缓冲结构的有益效果：

16、(1)本发明的基于折纸原理的点阵缓冲结构主要借鉴了折纸原理，能够在碰撞过程中产生形变，将产生的动能转化为装置的应变能，从而实现缓冲作用。

17、(2)本发明具有二级缓冲，在碰撞过程中外侧的基本缓冲结构框架先发生形变，从而吸收一定碰撞产生的动能，而固接在基本缓冲结构框架内部的折叠缓冲装置也随之快速发生形变吸收碰撞产生的动能，二级缓冲能够充分吸收碰撞产生的能量，缓冲效果更好。

18、(3)本发明为点阵结构，能够根据实际需要将若干个元胞连接在一起使用，能够在多种场合使用，应用范围更广且更加实用。

技术特征：

1.一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于包括基本缓冲结构框架和折叠缓冲装置，所述基本缓冲结构框架包括程相对布置的第一支撑板(101)和第二支撑板(102)，所述第一支撑板和第二支撑板之间设有呈四角分布的四根弯曲三棱柱(103)且四根弯曲三棱柱(103)在垂直于第一支撑板的方向上得到的视图为正方形，位于对角线上的两根弯曲三棱柱的凹部呈相对设置，位于非对角线上的两根弯曲三棱柱端部的内壁面通过梯形斜四棱柱(104)连接，每根弯曲三棱柱的端面和两根梯形斜四棱柱的侧面均与第一支撑板、第二支撑板固接；每根弯曲三棱柱的内壁面上固接位于基本缓冲结构框架内部的折叠缓冲装置(20)。

2.根据权利要求1所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述弯曲三棱柱的制作方法为：步骤a1、将截面为正方形的实心金属管沿对角线进行切割，得到三棱柱；步骤a2、将三棱柱沿中心点处弯折；步骤a3、将三棱柱弯折处的多余部分削去，并进行打磨，得到弯曲三棱柱。

3.根据权利要求2所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述梯形斜四棱柱的制作方法为：步骤b1、将一块长方体状的金属条切割为一个沿周向分布的四个侧面均为梯形的斜四棱柱；步骤b2、将斜四棱柱的两端进行切割、打磨，使两端面能够贴合弯曲三棱柱的内壁面。

4.根据权利要求3所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述基本缓冲结构框架的制作方法为：步骤c1、将梯形斜四棱柱的两端面完全贴合弯曲三棱柱端部的内壁面后进行焊接、打磨；步骤c2、将四根弯曲三棱柱呈四角布置并使位于对角线上的两根弯曲三棱柱的凹部呈相对布置，而后在第一支撑板、第二支撑板的连接面上用于连接弯曲三棱柱和梯形斜四棱柱的位置进行标记；步骤c3、在第一支撑板和第二支撑板的连接面上标记的位置熔去0.5-0.7mm；步骤c4、将四根弯曲三棱柱的端部及四根梯形斜四棱柱的侧面与第一支撑板、第二支撑板标记的位置一一对应焊接并进行打磨，保证焊接处两个支撑板的厚度仍与步骤c3之前的两个支撑板的厚度相同，将弯曲三棱柱、梯形斜四棱柱与两个支撑板固接在一起。

5.根据权利要求4所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述第一支撑板、第二支撑板、四根弯曲三棱柱、四根梯形斜四棱柱的材质均为高强度钢。

6.根据权利要求1所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述折叠缓冲装置为轴对称结构，包括多个子折叠缓冲结构，所述子折叠缓冲结构包括连接夹片(201)、缓冲夹片(202)，连接夹片201具有第一凹腔(2011)，第一凹腔的两侧具有第一边沿(2012)，所述第一凹腔的尺寸沿连接夹片的长度方向逐渐改变，从而使两个第一边沿的一端交汇到顶点e；缓冲夹片采用与连接夹片同样的结构但其尺寸小于连接夹片，具有第二凹腔(2021)、两个第二边沿(2022)且两个第二边沿的一端交汇到顶点f；缓冲夹片的顶点f固接于第一凹腔远离顶点e的另一侧的截面中心点处，缓冲夹片的第二边沿(2022)与第一凹腔(2011)的内壁面固接，第二凹腔(2021)与第一凹腔(2011)连通后形成一个半封闭的腔室q；

7.根据权利要求6所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述折叠缓冲装置包括两个子折叠缓冲结构，子折叠缓冲结构中连接夹片具有截面呈v型的第一凹腔(2011)，第一凹腔的两侧具有第一边沿(2012)、其底部具有第一折线(2013)且两个第一边沿和第一折线的一端交汇到顶点e，缓冲夹片具有第二凹腔(2021)、两个第二边沿(2022)、第二折线(2023)且两个第二边沿和第二折线的一端交汇到顶点f，所述缓冲夹片的顶点f固接于第一折线远离顶点e的另一端部；两个子折叠缓冲结构连接后，两个连接夹片远离顶点e的另一侧的边沿连接线呈w型。

8.根据权利要求7所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述折叠缓冲装置的制作方法为：步骤d1、将金属片沿过顶点e的第一折线弯折形成截面呈v型的连接夹片，且连接夹片的第一边沿的长度等于弯曲三棱柱的弯折处至弯曲三棱柱与梯形斜四棱柱焊接处的距离；步骤d2、将另一金属片沿过顶点f的第二折线弯折形成截面呈v型的缓冲夹片；步骤d3、将缓冲夹片的顶点f焊接于连接夹片上第一折线远离顶点e的另一端部，且将第二边沿焊接于连接夹片的内壁面上，使连接夹片的第一凹腔与缓冲夹片的第二凹腔构成一个半封闭的腔室q；步骤d4、将步骤d3得到的两个连接夹片对称放置后，将相邻的两个第一边沿焊接在一起，得到折叠缓冲装置。

9.根据权利要求8所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于所述金属片的材质为高强度钢。

10.根据权利要求1所述的一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，其特征在于每个点阵缓冲结构作为一个元胞，多个元胞的第一支撑板和第二支撑板一一对应后进行固接，得到碰撞测试中撞击墙用缓冲装置。

技术总结
本发明公开一种基于折纸原理的点阵缓冲结构，用于提高碰撞实验的缓冲效果，该点阵缓冲结构包括基本缓冲结构框架和位于基本缓冲结构框架内部的折叠缓冲装置，基本缓冲结构框架包括两个支撑板、四根弯曲三棱柱、四根梯形斜四棱柱，通过将碰撞过程中产生的动能转化为形变的应变能，能够有效降低碰撞所带来的破坏；同时与其他仅具备一级缓冲的装置相比，本发明采用了创新的二级缓冲设计，将基本缓冲结构框架和折叠缓冲装置结合在一起，以最大化缓冲效果；此外，每个点阵缓冲结构可作为一个独立的元胞，通过将多个元胞连接在一起使用，使得该缓冲结构适应各种场合，解决了传统缓冲装置无法应用于多种场景的问题。

技术研发人员：宁惠君,雷智扬,李品豫,王文胜,林明明,刘志博,汪千舒,李杵鑫
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16