[发明专利]适于不同冲击载荷情况的吸能器的增材制造晶格状芯

说明书

公开了适于不同冲击载荷情况的吸能器的增材制造晶格状芯。吸能器包括限定空腔的盖和晶格状芯。晶格状芯包括具有第一端和第二端的多个杆状连杆，所述连杆在间隔开的节点处连接以形成设置在空腔内部的三维结构。晶格状芯包括第一部分和第二部分，第二部分具有比第一部分更高的密度。第二部分相对于与初始接触第一部分前面的盖的物体碰撞的预期方向布置在第一部分后面。第三部分可相对于碰撞的预期方向布置在第二部分后面并具有比第二部分更高的密度。第一芯可以是具有负泊松比的三维体。晶格状芯可以通过增材打印工艺形成。

技术领域

本公开涉及吸能结构和制造该结构的方法，该吸能结构适于满足针对处于不同速度具有不同质量的不同尺寸目标的碰撞测试要求。

背景技术

被动吸能器用在车辆上的多种应用中，以吸收来自碰撞的冲击能量，并管理撞击能量和所产生的车辆变形。吸能器可被包含成保险杠组件、车门梁、内部支撑、扶手等的一部分。保险杠组件是经受许多测试的吸能器的一个示例。

保险杠组件的测试的一个示例是低速保险杠碰撞测试，在低速保险杠碰撞测试中，碰撞器的宽度在0.4米至0.6米之间且质量等于车辆整备重量且碰撞速度为4kph。该测试的目的是使轴向变形最小化，从而使对保险杠和保险杠后部的其他结构的损坏最小化。

保险杠组件的测试的另一示例是测量对车辆的损坏的RCAR(Research CouncilFor Automobile Repairs，汽车维修研究委员会)关联测试，在RCAR关联测试中，碰撞器的宽度等于保险杠宽度的大约40％且质量等于车辆整备重量且碰撞速度为15kph。该测试的目的是限制轴向变形，以便将其包含在吸能器内而使车辆前端损坏最小化。

保险杠组件的测试的另一示例是行人腿部碰撞测试，该测试测量为行人腿部的碰撞所提供的缓冲程度。缓冲程度是在与行人腿部碰撞器的碰撞下进行测量的，行人腿部碰撞器在最宽点处具有75mm至90mm的宽度并具有大约13.8kg的质量和40kph的碰撞速度。该测试的目的是测试吸能器通过更大程度的变形来减小冲击力而使腿部受伤最小化的能力。

传统的吸能器可能未通过上述测试中的一些测试却通过其他测试，这是因为通过一些测试所需的刚度不可避免地在需要柔度的其他测试中失效。

本公开旨在解决上述问题和如下总结的其他问题。

发明内容

根据本公开的一个方面，公开了一种吸能器，其包括限定空腔的盖和晶格状芯。晶格状芯包括具有第一端和第二端的多个杆状连杆，所述连杆在间隔开的节点处连接以形成设置在空腔内部的三维结构。晶格状芯包括第一部分和第二部分，第二部分具有比第一部分更高的密度。第二部分相对于与初始接触第一部分前面的盖的物体碰撞的预期方向布置在第一部分后面。

根据本公开的其他方面，第三部分可相对于碰撞的预期方向布置在第二部分后面并具有比第二部分更高的密度。杆状连杆可包括第一部分中的长连杆和第二部分中的比长连杆短的中间连杆。第三部分中的短连杆比中间连杆短。或者，第一部分可以包括长连杆，并且第二部分可以包括比长连杆短的短连杆。

第一部分中的连杆布置成限定大三角形空间的图案，并且第二部分中的连杆布置成限定小于所述大三角形空间的小三角形空间的图案。

晶格状芯的密度可通过改变互连以形成晶格状芯的多个连杆的屈服强度、延展性、弹性模量和极限强度中的一个或更多个来控制。

根据本公开的另一方面，公开了一种吸能器，其包括壳体以及第一芯和第二芯。第一芯由在间隔开的节点处连接的杆状连杆形成，以形成具有负泊松比的第一三维体。第二芯由具有第一端和第二端的杆状连杆形成，杆状连杆具有在间隔开的节点处连接以形成具有正泊松比的第二三维体。第二芯相对于与物体碰撞的预期方向在壳体内部被设置在第一芯后面。

第一芯具有初始密度，所述初始密度在第一芯受到物体碰撞的位置后面的区域中改变为大于所述初始密度的碰撞后密度。