一种梯度蜂窝复合体及其制作方法和应用结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种梯度蜂窝复合体及其制作方法和应用结构。
【背景技术】
[0002] 随着新能源汽车的发展，安全和轻量化成为新能源汽车发展的关键技术，纤维增 强复合材料由于其较高的比强度、比刚度，在电动车车身轻量化中倍受青睐。近年来，复合 材料已经从汽车装饰件逐步向次承力件和主承力件过度，然而利用这些复合材料的薄壁车 身结构在受到冲击载荷时，容易产生不稳定的变形模式，不能很好地吸收能量。因此如何设 计具有较好耐撞性能的复合材料车身结构件成为了新能源汽车结构设计的一个研究热点。
[0003] 蜂窝材料是多孔材料的典型代表形式之一，研究表明当其作为薄壁结构的填充芯 体时，能使结构的吸能值远远超过薄壁结构和蜂窝结构单独受载时所吸收能量的总和，并 且能够提高薄壁结构的变形稳定性，使结构产生更有利的变形模式。因此，将蜂窝材料作为 复合材料薄壁结构的填充芯体时，能够大幅度提高结构的耐撞性能。
[0004] 然而，传统的蜂窝复合体是由等厚度的金属箱材制成，其面内和面外方向的壁厚 是均匀一致的。以该类传统蜂窝复合体为填充芯体的薄壁结构受到冲击载荷时，会产生较 大的初始峰值载荷，并且在后期的变形过程中容易失稳从而导致不良的变形模式。在汽车 碰撞中，过高的峰值载荷会对人体造成极大的伤害甚至死亡，不良的变形模式也不利于能 量吸收，同时传统蜂窝填充结构材料利用率较低，不利于结构的轻量化。
【发明内容】
[0005] 为克服传统蜂窝复合体存在的吸能功能差不利于结构的轻量化的技术问题，本发 明提供一种梯度蜂窝复合体及其制作方法和应用结构，本发明能够提升结构的能量吸收能 力且能够使车身结构轻量化。
[0006] 为实现本发明的目的，本发明提供一种梯度蜂窝复合体，其包括：
[0007] 多个胞元单体；所述胞元单体为中空结构，沿着X轴和Y轴所在的平面截取该梯度 蜂窝复合体后，同一截面内的多个胞元单体的厚度相同；沿Z轴方向，每个胞元单体的厚度 变化，根据变化的厚度，将胞元单体分为薄区、厚区以及变厚区，其中变厚区某一点X的厚 度按照如下幂指数函数计算得到：
[0009] 其中，1为等厚度区域的薄区对应的厚度值；tb等厚度区域的厚区对应的厚度值； tx为变厚度区某一位置X的厚度值；BXS是变厚度区某一位置X到薄区的距离；h为变厚度 区的长度；d为梯度值。
[0010] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的制作方法，包括：
[0011] 步骤11、以金属铝带为胚料，采用柔性乳辊技术，调整上辊、下辊之间的距离，制成 沿乳制方向具有变化厚度的铝箱；
[0012] 步骤12、将变厚度铝箱的梯度方向垂直于上乳辊、下乳辊的乳制方向放置，经过乳 制、辊压后，得到沿垂直于乳制方向具有变化厚度的波纹状瓦楞板；
[0013] 步骤13、采用一定的工装夹具将瓦楞板叠合固定，且保证每个胞元单体的变厚区 沿Z轴方向变化；
[0014] 步骤14、通过胶结或钎焊的方法将叠合的瓦楞板连接起来，制得纵向梯度蜂窝复 合体。
[0015] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体，其包括：
[0016] 多个胞元单体；所述胞元单体为中空结构；
[0017] 沿着X轴和Z轴所在的平面截取该梯度蜂窝复合体后，梯度蜂窝复合体在面内方 向被分为多个厚度区域，每个厚度区域内包含的胞元单体个数相同；且沿Y方向，同一厚度 区域内的胞元单体的壁厚相同；
[0018] 不同厚度区域的厚度按照如下梯度函数递增：
[0020] 其中l〈i<n，&为最小厚度区域的厚度，tn为最大厚度区域的厚度；i为第i个 厚度区域，η为整个蜂窝结构的厚度区域数；d为梯度值。
[0021] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的制作方法，包括：
[0022] 步骤21、根据每个厚度区域所需，将金属铝带乳制为铝箱；且每一种厚度的铝箱 分区域放置；
[0023] 步骤22、将不同厚度区域内的铝箱分别乳制或辊压呈具有波纹状的瓦楞板7 ;
[0024] 步骤23、采用一定的工装夹具取厚度区域内的瓦楞板放置在梯度蜂窝复合体的相 对应的厚度区并叠合固定；
[0025] 步骤24、通过胶结或钎焊的方法将叠合的瓦楞板连接起来，制得横向梯度蜂窝复 合体。
[0026] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的应用结构，所述应用结构包括：梯度蜂窝复 合体和包裹其的管材。
[0027] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的应用结构，所述应用结构包括：
[0028] 上面板、下面板以及位于上面板和下面板之间的梯度蜂窝复合体。
[0029] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的应用结构，所述应用结构应用在电动车复合 材料前纵梁中，包括：
[0030] 核心层、复合材料纵梁以及梯度蜂窝复合体；
[0031] 所述核心层位于应用结构的最内层，复合材料纵梁位于应用结构的最外层，梯度 蜂窝复合体位于核心层和复合材料纵梁之间。
[0032] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的应用结构，所述应用结构应用在电动车复合 材料门槛梁中，包括：
[0033] 核心层、门槛梁以及梯度蜂窝复合体；
[0034] 核心层设置在门槛梁内，其之间形成空腔；梯度蜂窝复合体62填充在核心层和门 槛梁之间的空腔中。
[0035] 本发明还提供一种梯度蜂窝复合体的应用结构，所述应用结构应用在复合材料发 动机罩中，包括：
[0036] 核心层、发动机罩以及梯度蜂窝复合体；
[0037] 所述核心层按照发动机罩设计要求制作并嵌入在纵向梯度蜂窝复合体的内部，且 二者胶结在一起形成芯体；发动机罩设置有内板和外板，且二者之间设置有空腔，该空腔中 充填有胶结在一起的芯体。
[0038] 本发明的有益效果在于：
[0039] 该梯度蜂窝材料能够由较少的加工步骤制得，并且成本较低、容易实现批量生产。 本发明能够通过选择最佳的梯度参数，较容易地优化出蜂窝厚度变化模式。与传统蜂窝相 比，该梯度蜂窝填充复合材料薄壁结构受到梯度方向的冲击载荷时，能够吸收更多的能量， 并且材料利用率更高；在碰撞过程中，冲击力比较平稳，具有更好地耐撞性能。
[0040] 该梯度蜂窝与复合材料薄壁结构组成的新型车身结构，在实现车身结构大幅度轻 量化的同时，还提高了结构的耐撞性能以及整车的安全性能。
【附图说明】
[0041] 图1为纵向的梯度蜂窝复合体的轴侧结构示意图；
[0042] 图2为沿Z轴方向的纵向梯度蜂窝复合体的外壁的厚度变化示意图；
[0043] 图3a为仅有变厚区的纵向梯度蜂窝复合体所使用的瓦楞板的截面示意图；
[0044] 图3b为图3a的A-A示意图；
[0045] 图3c为图3a的B-B示意图；
[0046] 图3d为仅有变厚区的纵向梯度蜂窝复合体所使用的瓦楞板的结构示意图；
[0047] 图4为纵向的梯度蜂窝复合体的制作方法示意图；
[0048] 图5为横向的梯度蜂窝复合体的结构示意图；
[0049] 图6为6个不同的厚度区域的横向梯度蜂窝复合体的XZ截面示意图；
[0050] 图7为梯度蜂窝填充薄壁管结构的结构示意图；
[0051] 图8为纵向梯度蜂窝三明治板的结构示意图；
[0052] 图9为横向梯度蜂窝三明治板的结构示意图；
[0053] 图10为梯度蜂窝复合体在电动车复合材料前纵梁中的应用结构示意图；
[0054] 图11为梯度蜂窝复合体在电动车复合材料门槛梁中的应用结构示意图；
[0055] 图12a为梯度蜂窝复合体在复合材料发动机罩中的应用结构示意图；
[0056] 图12b为图12a的A-A剖视图；
[0057] 图13为梯度蜂窝复合体在复合材料发动机罩中的应用结构中的芯体结构示意 图。
[0058] 附图中：
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