[发明专利]一种分形式梯度帽形复合结构

说明书

本发明提供了一种分形式梯度帽形复合结构，包括：平面区、过渡区以及分形区；所述平面区的帽顶为平直面；所述过渡区连接在平面区和分形区之间，实现平面区帽顶与分形区的帽顶在几何构型上的连续过渡；所述分形区的帽顶由外向内为逐渐减缓的波浪形几何形状的分形结构；所述平面区、过渡区和分形区分别由骨架式复合三明治结构板制成，所述骨架式复合三明治结构板由内外平板及中间骨架夹层组成；所述平面区、过渡区以及分形区所包围的帽形包围空间内分别填充扇形蜂窝结构；所述扇形蜂窝结构由扇形蜂窝单元组成。上述的复合结构能够提高帽形梁的多重耐撞性能，最大程度的提高乘员的安全保障。

技术领域

本发明涉及车辆轻量化的防护、吸能领域，是一种分形式梯度帽形复合结构。

背景技术

近年来，交通运输产业日进趋近于多样化、高速化的发展趋势，其人员的安全保障工作变得日益繁重，高速化带来的安全防护问题日益突出。其次，在安全防护问题上，主要分为主动防护及被动防护，在主动防护灵敏度下降甚至失效时，被动防护就显得尤为重要。因此，在当前交通运输产品中需要更加稳定、高效的结构设计使其防护效果大大提高。

当前，帽形结构广泛应用于车辆的前纵梁、B柱中，以在碰撞过程中能够吸收更多的能量却有更小的峰值冲击力，对乘员的安全达到切实保障，针对于当前的帽形结构，或者通过改变厚度的方法、或者改变材料的方法、亦或者通过各种复合的方式来提高帽形梁的耐撞性能，皆存在结构单一、碰撞中的变形容易失稳、碰撞瞬间受力较大、对材料的要求较高等一系列问题，不能够很好的进一步加强帽形结构的耐撞性能。

分形结构能够使结构拥有更加优异的性能，能够通过较小的结构变化及材料损耗来提高结构材料的力学性能，而在帽形内部进一步填充能更加充分利用空间结构。“三明治”复合结构能够使材料在原有性能的基础上进一步实现轻量化，较小材料损耗和动力损耗。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种新颖的基于分形式设计的梯度化帽形复合结构，通过对整体结构平板帽形的多次折弯分形、对内部结构的骨架式复合设计、并且在帽形内部填充蜂窝扇型结构，使之有更好的变形模式，更低的质量，进一步提高帽形梁的多重耐撞性能，最大程度的提高乘员的安全保障。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种分形式梯度帽形复合结构，包括：平面区、过渡区以及分形区；

所述平面区的帽顶为平直面；所述过渡区连接在平面区和分形区之间，实现平面区帽顶与分形区的帽顶在几何构型上的连续过渡；

所述分形区的帽顶由外向内为逐渐减缓的波浪形几何形状的分形结构；

所述平面区、过渡区和分形区分别由骨架式复合三明治结构板制成，所述骨架式复合三明治结构板由内外平板及中间骨架夹层组成；所述平面区、过渡区以及分形区所包围的帽形包围空间内分别填充扇形蜂窝结构；所述扇形蜂窝结构由扇形蜂窝单元组成。

在一较佳实施例中：所述逐渐减缓的波浪形几何形状，其每次形状的缩减为一周期，并且每次缩减为上一周期的1/2。

在一较佳实施例中：每个周期的截面内有一条曲线与连接在曲线两端的两个圆角组成；第一周期的圆角半径为R，曲线的直线长度为i；第二周期的圆角半径为1/2R，曲线的直线长度为1/2i；第二周期的圆角半径为1/4R，曲线的直线长度为1/4i；依次类推直至所述逐渐减缓的波浪形几何形状与中轴线重合。

在一较佳实施例中：所述内外平板包括平面部分、以及设置平面部分朝向骨架夹层的骨架部分；所述平面部分用多材料混合编织而成，所述骨架部分包括阵列设置的多个骨架，各个骨架的底面顶点嵌入平面部分之中。

在一较佳实施例中：所述骨架夹层分为上层和下层，上层和下层沿着复合三明治结构板的长度方向对称设置；上层和下层分别包括阵列设置的多个骨架。