一种多层级三明治复合结构及应用该结构的汽车前围板的制作方法

本发明涉及汽车装备技术领域，更具体的说，是涉及一种多层级三明治复合结构及应用该结构的汽车前围板。

背景技术：

中国的汽车保有量已经非常巨大且正在持续增大。即便如此，中国的人均汽车保有量距离发达国家仍有很大距离，在未来中国工业的发展中，汽车作为支柱产业，仍有非常巨大的增长空间。随着汽车装备领域内各项技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于乘坐汽车的体验要求日益提高，尤其对于汽车在行驶过程中的平顺性，噪声水平以及安全性等性能有着越来越严格的要求，这也推动着汽车工程师在研发相关零部件时越来越注重高性能与多功能的同步实现。汽车前围板作为发动机舱与车厢之前关键的隔板构件，对发动机噪声阻隔、发动机舱隔热，冲击抗侵彻等方面起到至关重要的作用。因此，汽车装备具有高耐撞性能、高阻隔性能与高抗侵彻性能的前围板部件有着十分重要的意义。然而，目前市场上的大部分汽车前围板结构简单，功能单一，不能有效对汽车在行驶过程中发动机产生的大量噪声与热量进行阻隔，在汽车发生正面冲击事故时也不能满足其在耐撞性和抗侵彻方面的高要求。所以，设计一种结构并将其应用在前围板上，使其能有效阻隔发动机舱产生的噪声和热量的同时也能实现高耐撞性和轻量化的要求，将具有非常重要的应用价值和现实意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种多层级三明治复合结构及应用该结构的汽车前围板，其克服了背景技术的所存在的不足。本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

一种多层级三明治复合结构，其特征在于：它包括上顶板、第一夹心体、中间隔板、第二夹心体和下底板，第一夹心体固接在上顶板和中间隔板顶面，第二夹心体固接在中间隔板底面和下底板之间，所述第一夹心体包括若干个第一基体，若干个第一基体在水平面上呈周期性阵列排布，所述第一基体由四个第一交叉单元组成，四个第一交叉单元分别沿正方体四个侧面的对角线排列布置，且四个第一交叉单元依次连接并在四个第一交叉单元之间围成第一空腔，相邻两个第一基体之间通过各自的第一交叉单元相连接。

一较佳实施例之中：每一第一基体的四个第一交叉单元顶端和底端分别设置为第一连接平面和第二连接平面，通过第一连接平面与上顶板胶粘连接，通过第二连接平面与下底板胶粘连接。

一较佳实施例之中：所述第一交叉单元包括两根交叉布置的半圆柱杆体，半圆柱杆体具有与中心轴线相交的外侧面，相邻两个第一基体之间通过各自的第一交叉单元的半圆柱杆体的外侧面贴合在一起，相连接的两个第一交叉单元各自的半圆柱杆体围成一个圆柱体。

一较佳实施例之中：所述第二夹心体包括若干个第二基体，若干个第二基体在水平面上呈周期性阵列排布，所述第二基体由四个第二交叉单元组成，四个第二交叉单元分别沿正方体四个侧面的对角线排列布置，且四个第二交叉单元依次连接并在四个第二交叉单元之间围成第二空腔，该第二空腔个数与第一空腔个数相同且一一对应，相邻两个第二基体之间通过各自的第二交叉单元相连接。

一较佳实施例之中：所述第二交叉单元包括两个交叉布置的复合杆体，每一复合杆体由若干个纵向叠加的第一基体组成。

一较佳实施例之中：所述上顶板开设有第一空腔个数相同且一一对应的上贯穿孔。

一较佳实施例之中：所述中间隔板开设有与第二空腔个数相同且一一对应的中间贯穿孔。

一较佳实施例之中：所述上贯穿孔与中间贯穿孔同心布置，且所述中间贯穿孔孔径小于上贯穿孔孔径。

一较佳实施例之中：所述上顶板包括上下布置的阻隔膜层和铝板层，二者通过胶粘的方式相连接，阻隔膜层有铝箔贴面、聚乙烯薄膜、经纬编织物和金属涂膜通过热熔胶层压而成；所述中间隔板采用铝合金材料制成；所述下底板采用碳纤维材料制成；第一夹心体和第二夹心体均采用不锈钢材料制成。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：一种应用上述任意一项所述的多层级三明治复合结构的汽车前围板，其特征在于：所述前围板采用该多层级三明治复合结构制成，且上顶板朝向发动机舱方向，下底板朝向车厢方向。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.该复合结构包括上顶板、第一夹心体、中间隔板、第二夹心体和下底板，相比于单一的铝板，该复合结构极大的提高了结构刚度和强度、抗弯性能、抗侵彻性能与异面耐撞性能。同时，第一夹心体包括若干个第一基体，若干个第一基体在水平面上呈周期性阵列排布，所述第一基体由四个第一交叉单元组成，四个第一交叉单元分别沿正方体四个侧面的对角线排列布置，且四个第一交叉单元依次连接并在四个第一交叉单元之间围成第一空腔，相邻两个第一基体之间通过各自的第一交叉单元相连接。该种第一夹心体为单一层级点阵结构，具有更高的能量吸收能力，且第一空腔具有降噪功能。

2.通过第一连接平面与上顶板胶粘连接，通过第二连接平面与下底板胶粘连接，使得第一夹心体与上顶板、第一夹心体与下底板胶粘的面积更大，连接更加牢固。

3.第一交叉单元包括两根交叉布置的半圆柱杆体，半圆柱杆体具有与中心轴线相交的外侧面，相邻两个第一基体之间通过各自的第一交叉单元的半圆柱杆体的外侧面贴合在一起，相连接的两个第一交叉单元各自的半圆柱杆体围成一个圆柱体，使得第一夹心体能防止应力集中和产生断裂现象。

4.第二夹心体包括若干个第二基体，若干个第二基体在水平面上呈周期性阵列排布，所述第二基体由四个第二交叉单元组成，四个第二交叉单元分别沿正方体四个侧面的对角线排列布置，且四个第二交叉单元依次连接并在四个第二交叉单元之间围成第二空腔，该第二空腔个数与第一空腔个数相同且一一对应，相邻两个第二基体之间通过各自的第二交叉单元相连接。由此可见，第二夹心体的外部结构与第一夹心体相同，具有更高的能量吸收能力，且第二空腔具有降噪功能。

5.第二交叉单元包括两个交叉布置的复合杆体，每一复合杆体由若干个纵向叠加的第一基体组成，使得第二夹心体具有多层级点阵结构，每一复合杆体均具有第一空腔，孔隙率增加，有利于噪声在其中通过不断的非集中散射来进行耗散从而达到降噪的效果。从而，使得整个三明治复合结构自上而下形成梯度式渐进，有利于对噪声的逐步吸收，逐步耗散。

6.上顶板开设有第一空腔个数相同且一一对应的上贯穿孔，使得外部的噪声可通过上贯穿孔进入至第一夹心体的第一空腔内，具有导入噪声的功能。

7.中间隔板开设有与第二空腔个数相同且一一对应的中间贯穿孔，中间贯穿孔上方与第一夹心体的第一空腔相对应，中间贯穿孔下方与第二夹心体的第二空腔相对应，中间贯穿孔能将第一空腔内的噪声导入至第二空腔内，具有导入噪声的功能。

8.上贯穿孔与中间贯穿孔同心布置，且所述中间贯穿孔孔径小于上贯穿孔孔径，能够极大地将噪声约束于第一夹心体的第一空腔内和第二夹心体的第二空腔内，防止发动机产生的大量噪声在发动机舱内被不断反射从而加强；同时还能实现对热量的进一步阻隔。

9.上顶板包括上下布置的阻隔膜层和铝板层，二者通过胶粘的方式相连接，阻隔膜层有铝箔贴面、聚乙烯薄膜、经纬编织物和金属涂膜通过热熔胶层压而成；阻隔膜对热辐射具有较高的反射作用和良好的阻隔作用，能有效隔绝汽车行驶过程中发动机产生的大量热量，防止发动机舱中的大量热量和废气串入车厢从而对乘员尤其是驾驶员造成影响，另外，能将发动机舱产生的热量有效的隔绝以防止车厢内尤其是汽车前部大量的线束和电路受到影响和干扰，极大地降低了车辆自燃的可能性；且质地轻盈，有利于轻量化的实现；所述中间隔板采用铝合金材料制成，所述下底板采用碳纤维材料制成，质地轻盈；第一夹心体和第二夹心体均采用不锈钢材料制成，刚度较高。

10.前围板采用该多层级三明治复合结构制成，且上顶板朝向发动机舱方向，下底板朝向车厢方向，当车辆发生前部碰撞事故时，作为保护乘员安全的最后一道屏障，具有优良的耐撞性能的汽车前围板能有效阻挡汽车前部受损部件的进一步冲击，有效吸收外部碰撞产生的大量冲击能量，在很大程度上避免了发动机舱内部刚性较强的零部件如发动机壳体等对车厢内乘员造成的直面冲击，对乘员安全形成有效保护，防止乘员在碰撞过程中受到二次伤害，极大提高了汽车整体的被动安全性能。且能保证在不增加质量的情况下增加前围板的厚度，有利于改善其振动特性和固有频率，有效抑制前围板的振动，避免与发动机产生共振，减小发动机振动对前围板的激发影响，极大减少了有前围板振动所激发的声辐射，从而达到减振降噪的目的，提高驾乘的舒适性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了一较佳实施例的多层级三明治复合结构的整体示意图。

图2绘示了一较佳实施例的多层级三明治复合结构的侧视示意图。

图3绘示了一较佳实施例的上顶板的俯视示意图。

图4绘示了一较佳实施例的中间隔板的俯视示意图。

图5绘示了一较佳实施例的第一夹心体的整体结构示意图。

图6绘示了第一交叉单元的结构原理示意图。

图7绘示了一较佳实施例的第一基体的结构示意图。

图8绘示了一较佳实施例的第一夹心体的俯视示意图。

图9绘示了一较佳实施例的第二夹心体的俯视示意图。

图10绘示了一较佳实施例的第二基体的结构示意图。

图11绘示了一较佳实施例的第二基体的侧视示意图。

图12绘示了图11所示的a处的第一基体的结构示意图。

具体实施方式

请查阅图1至图12，一种多层级三明治复合结构及应用该结构的汽车前围板的一较佳实施例，所述的一种多层级三明治复合结构，它包括上顶板10、第一夹心体20、中间隔板30、第二夹心体40和下底板50。

所述上顶板10包括上下布置的阻隔膜层和铝板层，二者通过胶粘的方式相连接，阻隔膜层有铝箔贴面、聚乙烯薄膜、经纬编织物和金属涂膜通过热熔胶层压而成。阻隔膜对热辐射具有较高的反射作用和良好的阻隔作用，应用在汽车前围板，能有效隔绝汽车行驶过程中发动机产生的大量热量，防止发动机舱中的大量热量和废气串入车厢从而对乘员尤其是驾驶员造成影响，另外，能将发动机舱产生的热量有效的隔绝以防止车厢内尤其是汽车前部大量的线束和电路受到影响和干扰，极大地降低了车辆自燃的可能性；且质地轻盈，有利于轻量化的实现。本实施例中，所述上顶板厚度设计为1-2毫米。根据实际需要，可根据具体车型设计前围板的厚度进而设计上顶板的厚度。

本实施例中，所述上顶板10开设有上贯穿孔11。如图3所示，所述上贯穿孔11为圆形孔，个数设有多个且呈周期性点阵布置。上顶板10开设有上贯穿孔11，使得外部的噪声可通过上贯穿孔11进入至第一夹心体20的第一空腔内，具有导入噪声的功能。

第一夹心体20固接在上顶板10和中间隔板30顶面。所述第一夹心体20包括若干个第一基体21，若干个第一基体21在水平面上呈周期性阵列排布，所述第一基体21由四个第一交叉单元组成，四个第一交叉单元分别沿如图6所示的正方体四个侧面的对角线排列布置，且四个第一交叉单元依次连接并在四个第一交叉单元之间围成第一空腔22，相邻两个第一基体21之间通过各自的第一交叉单元相连接。所述第一空腔22的个数与上贯穿孔11的个数相同且一一对应。图6中的正方体的尺寸可以设计为20mm*20mm*20mm。第一夹心体20可通过增材制造快速成型方式进行加工制造，采用不锈钢材料制成。

该复合结构包括上顶板10、第一夹心体20、中间隔板30、第二夹心体40和下底板50，相比于单一的铝板，该复合结构极大的提高了结构刚度和强度、抗弯性能、抗侵彻性能与异面耐撞性能。同时，第一夹心体20的结构为单一层级点阵结构，具有更高的能量吸收能力，且第一空腔22具有降噪功能。

本实施例中，如图7所示，每一第一基体21的四个第一交叉单元顶端和底端分别设置为第一连接平面23和第二连接平面24，通过第一连接平面23与上顶板10的铝板层胶粘连接，通过第二连接平面24与下底板50胶粘连接。通过第一连接平面23与上顶板10胶粘连接，通过第二连接平面24与下底板50胶粘连接，使得第一夹心体20与上顶板、第一夹心体20与下底板50胶粘的面积更大，连接更加牢固。

本实施例中，如图7所示，所述第一交叉单元包括两根交叉布置的半圆柱杆体25，半圆柱杆体25具有与中心轴线相交的外侧面26，相邻两个第一基体21之间通过各自的第一交叉单元的半圆柱杆体25的外侧面26贴合在一起，相连接的两个第一交叉单元各自的半圆柱杆体25围成一个圆柱体。第一交叉单元的结构设计，使得第一夹心体20能防止应力集中和产生断裂现象。

所述中间隔板30采用铝合金材料制成。

本实施例中，所述中间隔板30开设有与上贯穿孔11或第一空腔22个数相同且一一对应的中间贯穿孔31。中间隔板30开设中间贯穿孔31，中间贯穿孔31上方与第一夹心体20的第一空腔22相对应，中间贯穿孔31下方与第二夹心体40的第二空腔相对应，中间贯穿孔31能将第一空腔22内的噪声导入至第二空腔内，具有导入噪声的功能。

本实施例中，所述上贯穿孔11与中间贯穿孔31同心布置，且所述中间贯穿孔31孔径小于上贯穿孔11孔径。上贯穿孔11与中间贯穿孔31同心布置，且所述中间贯穿孔31孔径小于上贯穿孔11孔径，能够极大地将噪声约束于第一夹心体的第一空腔22内和第二夹心体40的第二空腔内，防止发动机产生的大量噪声在发动机舱内被不断反射从而加强；同时还能实现对热量的进一步阻隔。

第二夹心体40固接在中间隔板30底面和下底板50之间。

本实施例中，所述第二夹心体40包括若干个第二基体41，若干个第二基体41在水平面上呈周期性阵列排布，所述第二基体41由四个第二交叉单元组成，四个第二交叉单元分别沿正方体四个侧面的对角线排列布置，且四个第二交叉单元依次连接并在四个第二交叉单元之间围成第二空腔42，该第二空腔42个数与第一空腔22个数相同且一一对应，相邻两个第二基体41之间通过各自的第二交叉单元相连接。由此可见，第二夹心体40的外部结构与第一夹心体20相同，具有更高的能量吸收能力，且第二空腔42具有降噪功能。

本实施例中，如图10和图11所示，所述第二交叉单元包括两个交叉布置的复合杆体，每一复合杆体由若干个纵向叠加的图12中的第一基体21组成。也即，该复合杆体中的第一基体21结构与第一夹心体20中的第一基体21结构完全相同。第二交叉单元包括两个交叉布置的复合杆体，每一复合杆体由若干个纵向叠加的第一基体21组成，使得第二夹心体具有多层级点阵结构，每一复合杆体均具有第一空腔，孔隙率增加，有利于噪声在其中通过不断的非集中散射来进行耗散从而达到降噪的效果。从而，使得整个三明治复合结构自上而下形成梯度式渐进，有利于对噪声的逐步吸收，逐步耗散。

本实施例中，第二夹心体40可通过增材制造快速成型方式进行加工制造，采用不锈钢材料制成。

所述下底板50采用碳纤维材料制成。第二夹心体40与下底板50之间采用胶粘的方式进行连接。

一种应用上述所述的多层级三明治复合结构的汽车前围板，所述前围板采用该多层级三明治复合结构制成，且上顶板10的阻隔膜层朝向发动机舱方向并与前立柱相连接，下底板50朝向车厢方向并与地板相连接。上顶板10与前立柱的连接方式以及下底板50与地板的连接方式可以采用胶粘或者锁固等方式进行。

当发动机产生噪声时，噪声从上顶板10的上贯穿孔11导入至第一夹心体20的第一空腔22内进行耗散，剩余的噪声通过中间贯穿孔31进入第二空腔42内进行耗散，由于中间贯穿孔31的孔径小于上贯穿孔11的孔径，使得进入第一空腔22内的噪声能最大限度的约束于第一夹心体20内，以防止发动机产生的大量噪声在发动机舱内被不断反射从而加强；同时，第二夹心体40采用多层级点阵结构，使得整个前围板自上而下形成梯度式渐进，有利于对噪声的逐步吸收，逐步耗散；每一复合杆体又具有若干个连通的第一空腔22，增加了孔隙率，能更好的降低噪声；且，下底板50未设置贯穿孔，噪声无法从下底板50进入车厢内，以对噪声进行阻隔，减小乘员受到的噪声干扰。

前围板采用该多层级三明治复合结构制成，且上顶板10朝向发动机舱方向，下底板50朝向车厢方向，当车辆发生前部碰撞事故时，作为保护乘员安全的最后一道屏障，具有优良的耐撞性能的汽车前围板能有效阻挡汽车前部受损部件的进一步冲击，有效吸收外部碰撞产生的大量冲击能量，在很大程度上避免了发动机舱内部刚性较强的零部件如发动机壳体等对车厢内乘员造成的直面冲击，对乘员安全形成有效保护，防止乘员在碰撞过程中受到二次伤害，极大提高了汽车整体的被动安全性能。且能保证在不增加质量的情况下增加前围板的厚度，有利于改善其振动特性和固有频率，有效抑制前围板的振动，避免与发动机产生共振，减小发动机振动对前围板的激发影响，极大减少了有前围板振动所激发的声辐射，从而达到减振降噪的目的，提高驾乘的舒适性。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。