申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2018-05-25

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108583485B

主分类号：B60R19/02

分类号：B60R19/02;B60R19/03;B60R19/34

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：本发明提供一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺，所述吸能结构主要由金属管或金属基碳纤维复合管构成的外管与多根碳纤维管或金属基碳纤维复合管构成的内管搭配组合成外管嵌套包裹内管的结构形式，多根所述内管的外壁之间通过粘接或金属支架支撑的方式相互连接成多胞结构，所述多胞结构再通过粘接与所述外管的内壁相连接。本发明涉及的结构具有比吸能大、变形协调性与引导性强、设计方案灵活等优点，既可以降低吸能结构的重量，又可以提高吸能结构的碰撞安全性，有效实现汽车的安全与轻量化的目标。本发明涉及的制备工艺，加工步骤少、加工时间短，适宜批量化生产。

主权项：1.一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述吸能结构主要由金属管或金属基碳纤维复合管构成的外管与多根碳纤维管或金属基碳纤维复合管构成的内管搭配组合成外管嵌套包裹内管的结构形式，其中外管和内管至少一个为金属基碳纤维复合管；多根所述内管的外壁之间通过粘接或金属支架支撑的方式相互连接成多胞结构，所述多胞结构再通过粘接与所述外管的内壁相连接；所述吸能结构的内管和外管的材料，内管的数目、截面形状、尺寸与排列方式、碳纤维铺层数目与方向、碳纤维复合管的嵌套方式、嵌套层数、厚度参数，以及金属基碳纤维复合管的层数和厚度参数，根据汽车碰撞的不同吸能需求设置；碳纤维管或金属基碳纤维复合管的碳纤维部分的纤维铺层数目、铺层方向以及厚度参数根据汽车碰撞的吸能需求设置；所述吸能结构包括多个具有相同或不同截面形状的、连续的胞体单元，多个所述胞体单元依次对应排列并在重合的粘接面处固定粘接形成横截面为多边形的胞体结构，其中：所述金属基碳纤维复合管采用热模压工艺制成，采用环氧树脂粘接剂，具体包括以下步骤：步骤S1：对模具预热，涂覆脱模剂，将设定好层数、铺层方向的碳纤维预浸料铺放或缠绕在预设截面形状的加热模具外壁上，根据工艺要求再铺上辅料，完成模具前的准备工作；步骤S2：在碳纤维预浸料表面涂刷环氧树脂，再将预设尺寸的金属管嵌套于碳纤维铺层上，其中，金属管外壁接触表面需要喷涂脱膜剂；步骤S3：再安装上外层保压夹具固定，设置工艺参数，启动成型设备并进行加热模压；步骤S4：冷却后脱模制得金属基碳纤维复合管件，对模具吹洗；步骤S5：重复步骤S1-S4，直到制备获得所需数量的胞体单元；步骤S6：将制得的金属基碳纤维胞体单元粘接面进行打磨，并用丙酮清洗后，在相应夹具及环境温度下依次粘接，或者通过金属支架支撑的方法相互连接成多胞结构，并通过粘接的方法与外管壁相连接；步骤S7：对制得的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构进行加工整形，最终获得所需零件产品。

全文数据：一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺技术领域[0001]本发明涉及汽车制造与汽车碰撞安全等相关领域，尤其涉及一种多胞金属基碳纤维复合薄壁汽车抗撞吸能结构及其制备工艺。背景技术[0002]轻量化设计与碰撞安全性是汽车工业所追求的两大永恒的目标，汽车的吸能结构既要满足具有足够的比吸能能力，又要满足重量轻的特点，以达到节能减排的目标，所以其结构设计在汽车工业中尤为重要。汽车的抗撞吸能结构主要为连接在汽车前防撞梁上面的吸能盒，现目前，抗撞吸能结构的材料多数为单一金属韧性材料制造而成，并基于同种材料进行结构尺寸优化;授权公告号为CN103878554B的发明专利公布了一种梯度化分配的薄壁吸能结构的加工方法，采用TRB板实现厚度梯度化加工，并通过优化吸能结构沿着轴向方向的厚度变化以达到最佳的比吸能值;授权公告号为CN105398099B的发明专利公布了一种全金属梯度蜂窝复合体结构，通过优化每一个沿着z轴方向的六边形单胞的壁厚，以达到最佳的吸能效果以及最轻的重量。上述由钿性金属材料制造成的吸能结构虽然具有诸多优点，如变形协调性及引导性强、制造容易、成本低等，但是韧性金属材料由于其密度较大，比吸能效果有限等缺陷，对汽车进一步的轻量化设计以及碰撞安全性的提升有着一定的限制作用。[0003]现目前，新兴的复合材料具有韧性金属不具备的优势。如热固性碳纤维增强复合材料，由于其密度小、强度大等优点，被广泛应用于航空航天与汽车领域。碳纤维吸能结构由于铺层以及粘合的制造方法，在结构压溃的过程中更容易发生材料内部的相互摩擦以及相互挤压，所以具有较高的比吸能。授权公告号为CN104842593B的发明专利公布了一种具有多个连续半六边形形状蜂窝子件的碳纤维蜂窝结构制备方法，采用层合叠放并热压的方式制备全碳纤维芯材，克服了拉挤成形单件再粘接的复杂工艺，提供了简单可行的碳纤维蜂窝芯材制备方法。然而，由于全碳纤维材料制成的吸能结构的变形协调性以及引导性相比由韧性金属制成的吸能结构低。在设计车用抗撞薄壁吸能结构的时候，若将韧性金属的优势与碳纤维的优势结合起来，制备一种金属基碳纤维多胞结构，可以得到具有更大比吸能的抗撞结构，并提高其抗冲击韧性，可以进一步兼顾并提升汽车轻量化与碰撞安全性的优势。发明内容[0004]根据上述提出的技术问题，而提供一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺。本发明主要利用金属或者金属基碳纤维复合外管与多根碳纤维或金属基碳纤维复合内管搭配组合的结构形式，内管之间通过粘结或金属支架支撑的方式相互连接成多胞结构，再与外管内壁相连接，根据汽车碰撞的吸能需求配置不同的参数，从而实现不同参数配比具有不同的吸能效果，结构轻便，变形协调性与引导性强、设计方案灵活等优点。[0005]本发明采用的技术手段如下：[0006]—种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述吸能结构主要由金属管或金属基碳纤维复合管构成的外管与多根碳纤维管或金属基碳纤维复合管构成的内管搭配组合成外管嵌套包裹内管的结构形式，多根所述内管的外壁之间通过粘接或金属支架支撑的方式相互连接成多胞结构，所述多胞结构再通过粘接与所述外管的内壁相连接。[0007]进一步地，所述吸能结构的内管和外管的材料，内管的数目、截面形状、尺寸与排列方式、碳纤维铺层数目与方向、碳纤维复合管的嵌套方式、嵌套层数、厚度等结构参数，以及金属基碳纤维复合管的层数和厚度等结构参数，根据汽车碰撞的不同吸能需求设置，不同的参数配比具有不同的吸能效果；并且结构参数值以及匹配特点通过吸能需求优化得到。碳纤维金属基复合管通过热模压方法加以制备。[0008]进一步地，所述内管和外管的材料可选用金属高强钢、铝镁合金等）、碳纤维管或金属基碳纤维复合管中的一种或一种以上的组合，碳纤维管或金属基碳纤维复合管的碳纤维部分的纤维铺层数目、铺层方向以及厚度参数根据汽车碰撞的吸能需求设置。[0009]进一步地，所述内管和外管的截面形状、几何尺寸根据汽车碰撞的吸能需求设置，所述内管和外管的截面形状包括但不限于圆形、三角形、四边形、六边形、八边形或十边形等等，且可以采用同型或者异型的组合形式。[0010]进一步地，所述吸能结构为一根独立外管嵌套包裹多根内管构成截面封闭的多胞连接形式，其中，所述内管的数目N根据吸能量大小选择，N多3。[0011]本发明还公开了一种上述的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的制备工艺，其特征在于:所述吸能结构包括多个具有相同或不同截面形状的、连续的胞体单元，多个所述胞体单元依次对应排列并在重合的粘接面处固定粘接形成横截面为多边形的胞体结构，其中:所述金属基碳纤维复合管采用热模压工艺制成，采用环氧树脂粘接剂，具体包括以下步骤：[0012]步骤S1:对模具预热，涂覆脱模剂，将设定好层数、铺层方向的碳纤维预浸料铺放或缠绕在预设截面形状包括但不限于圆形、三角形、四边形、六边形、八边形及十边形等）的加热模具外壁上，根据工艺要求再铺上辅料，完成模具前的准备工作；[0013]步骤S2:在碳纤维预浸料表面涂刷环氧树脂，再将预设尺寸的金属管嵌套于碳纤维铺层上，其中，金属管外壁接触表面需要喷涂脱膜剂；[0014]步骤S3:再安装上外层保压夹具固定，设置工艺参数，启动成型设备并进行加热模压；[0015]步骤S4:冷却后脱模制得金属基碳纤维复合管件，对模具吹洗；[0016]步骤S5:重复步骤S1-S4,直到制备获得所需数量的胞体单元；[0017]步骤se:将制得的金属基碳纤维胞体单元粘接面进行打磨，并用丙酮清洗后，在相应夹具及环境温度下依次粘接，或者通过金属支架支撑的方法相互连接成多胞结构，并通过粘接的方法与外管壁相连接；[0018]步骤S7:对制得的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构进行加工整形，最终获得所需零件产品。[0019]进一步地，所述成型设备工艺参数为:预热温度为8〇°C，保温固化时间为:20-40分钟，然后加压固化至120-150°C，保温固化时间60-120分钟，压强参数为0•5-0•7MPa;实现碳纤维铺层与金属管一体固化，脱膜后进而获得金属基碳纤维复合管单元。[0020]进一步地，碳纤维预浸料采用热塑形碳纤维增强复合材料。[0021]较现有的技术相比，本发明同时使用两种材料，即使用韧性金属作为外管的材料，并使用碳纤维作为内管的材料，将金属外管包裹多根碳纤维或者金属基碳纤维内管形成多胞抗撞吸能结构，碳纤维管之间通过粘接或金属支架支撑的方法相互联结成多胞结构，并通过粘接与金属外管内壁相连接。防撞吸能结构的设计参数，如金属管的材料与截面形状、尺寸、碳纤维管的数目、截面形状、尺寸与排列方式、碳纤维的铺层数目与方向等与汽车碰撞的吸能需求相关，不同的参数配比具有不同的吸能效果，并且参数值通过吸能需求优化得到，以使得结构具有最大的比吸能。此结构同时兼并韧性金属材料与碳纤维材料制成的抗撞吸能结构的优点。[0022]本发明具有比吸能大、结构轻便，变形协调性与引导性强、设计方案灵活等优点，可以有效的同时实现汽车的安全与轻量化的目标。[0023]基于上述理由本发明可在汽车制造与汽车碰撞安全等相关领域广泛推广。附图说明[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0025]图la为本发明多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构中多胞结构的示意图一，采用金属外管包裹碳纤维内管组。[0026]图lb为本发明多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构中多胞结构的示意图二，采用金属基碳纤维复合外管包裹碳纤维内管组。[0027]图为本发明多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构中多胞结构的示意图二，采用金属基碳纤维复合外管包裹金属基碳纤维内管组。[0028]图2为不同截面形状的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其中，（a截面为圆形，⑹截面为正方形，（c截面为六边形，⑹截面为八边形，（e截面为正方形，内管组截面为方形和圆形的混合组合。^029]图3为实施例中多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的不同设计方案比较的结构不意图，其中，（a为A方案设计，内管数为3，⑹为B方案设计，内管数为5,（c为C方案设计，内管数为7。[0030]图4为实施例中多胞金属基碳纤维管中碳纤维内管[，，仙、碳纤维内管n，，47、碳纤维内管nr54的碳纤维铺层特点。[0031]图5为本发明多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的金属基碳纤维管的加工流程图。[0032]图6为金属基碳纤维管热模压的温度曲线图。[0033]图7为本发明多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的制造流程图。[0034]图8为实施例中不同方案的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构吸能效果图。^0〇35]图中：1、金属外管I;2、碳纤维内管I;3、金属基碳纤维复合外管I;4、金属基碳纤维复合外管13的金属外层1;5、金属基碳纤维复合外管13的碳纤维内层1;6、碳纤维内管n;7、金属基碳纤维复合外管n;8、金属基碳纤维复合外管n7的金属外层n;9、金属基碳纤维复合外管n7的碳纤维内层n;1〇、金属基碳纤维内管in;11、金属基碳纤维内管inio的金属外层m;12、金属基碳纤维内管mio的碳纤维内层13、金属外管的外径I;14、金属外管的厚度M5、碳纤维内管的外径n;16、碳纤维内管的厚度n;17、金属外管r;18、碳纤维内管r;19、金属外管n’；2〇、碳纤维内管n’；2i、金属外管nr;22、碳纤维内管nr;23、金属外管IV’；24、碳纤维内管IV’；25、金属外管V’；26、碳纤维内管形式1;27、碳纤维内管形式II;28、金属外管边长;29、碳纤维内管边长;3〇、加热模具;31、外层保压夹具（外模）；32、金属管;33、脱模剂;34、碳纤维预浸料;35、固化后的碳纤维内层;36、金属基碳纤维复合管件；37、多胞结构1;38、多胞结构137的高度1;39、多胞结构137的金属锅合金外管1”；40、多胞结构1：37的碳纤维内管I”；41、金属铝合金外管I”39的外径I’；42、碳纤维内管1”40的外径1”；43、碳纤维内管1”40的内径I’；44、多胞结构II;45、多胞结构1144的高度n;46、多胞结构1144的金属招合金外管n”；47、多胞结构H44的碳纤维内管n”；48、金属铝合金外管n”4e的外径n’；49、碳纤维内管n”47的外径n”；5〇、碳纤维内管n”47的内径n’；51、多胞结构in;52、多胞结构nisi的高度m;53、多胞结构m5i的金属招合金外管m”；54、多胞结构m51的碳纤维内管nr;55、金属错合金外管m”53的外径nr;56、碳纤维内管m”54的外径m”；57、碳纤维内管m”54的内径nr;58、碳纤维内管r’4〇、碳纤维内管n”47和碳纤维内管ni”54的内壁。具体实施方式[0036]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0037]本发明提供一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺。[0038]如图la所不，多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构可以由金属外管11与碳纤维内管12组成，具体体现为金属外管11包裹多根碳纤维内管12粘接形成的碳纤维内管组，碳纤维内管组与金属外管11的内壁粘接。[0039]如图lb所不，多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构可以由金属基碳纤维复合外管13与碳纤维内管I6组成，金属基碳纤维复合外管I3由金属外层〗4与碳纤维内层15组成，具体体现为金属基碳纤维复合外管13包裹多根碳纤维内管16粘接形成的碳纤维内管组，碳纤维内管组与金属基碳纤维复合外管13的内壁碳纤维内层15的内壁粘接。[0040]如图lc所示，多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构可以由金属基碳纤维复合外管n7与金属基碳纤维复合内管mio组成，金属基碳纤维复合外管n7由金属外层ns与碳纤维内层n9组成，金属基碳纤维复合内管m1〇由金属外层mil与碳纤维内层m12组成。多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的内管的数目N根据吸能量大小选择，并且N多3。[0041]此外，多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的内、外管可以为金属、碳纤维管或金属基碳纤维复合管的任一形式及组合，如金属外管与碳纤维管的组合、金属外管与金属基碳纤维复合内管的组合、金属基碳纤维复合外管和金属基碳纤维复合内管的组合等等;对于多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的复合外管与内管，金属层与碳纤维层的嵌套层数可以任意选择，并且金属层与碳纤维层的嵌套顺序可以任意的组合形式存在，以实现更多种类的吸能效果，如包裹为金属-碳纤维-金属的三明治夹层管形式。[0042]多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的金属外管II，以及金属基碳纤维复合外管13、金属基碳纤维复合外管n7中的金属外层14、金属外层n8的材料可以为高强钢、铝镁合金等，多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的金属基碳纤维复合内管m1〇中的金属外层m11的材料可以为高强钢、铝镁合金等；多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的外管几何尺寸如外管高度、金属外管的外径113、金属外管的厚度114等，与汽车的碰撞吸能要求相关。多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的碳纤维内管12、碳纤维内管116,以及金属基碳纤维复合外管117与金属基碳纤维内管mio的碳纤维内层n9、碳纤维内层HU2的铺层数量及铺层方向（如正交铺层、0°铺层、45°交叉铺层及其组合等），以及内管的几何尺寸如内管的高度、碳纤维内管的外径ms、碳纤维内管的厚度n16等，与汽车的碰撞吸能要求相关。此外，不同的内外管几何尺寸及碳纤维铺层特点可以相互组合，以实现更多种类的吸能效果。[0043]如图2所示，多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的外管与内管的截面形状可以为圆形（如图2a所示，多胞结构的金属外管I’17与碳纤维内管I’18的截面形状均为圆形）、四边形如图2b所示，多胞结构的金属外管II’19与碳纤维内管II’20的截面形状均为四边形）、六边形（如图2c所示，多胞结构的金属外管nr21与碳纤维内管nr22的截面形状均为六边形）以及八边形如图2d所示，多胞结构的金属外管IV’23与碳纤维内管IV’24的截面形状均为八边形等;多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的截面形状也可以设计为大于一种形状的混合形状，如图2e所示，其中多胞结构的金属外管V’25设计为四边形，内管分为两种截面形状，即四边形截面的碳纤维内管形式126与圆形截面的碳纤维内管形式1127。每种多胞结构的截面几何参数，如六边形金属外管边长28以及六边形碳纤维内管边长29等，与汽车的碰撞吸能需求相关。此外，不同的多胞结构中的内外管可以具有多种不同的截面形状及其几何参数的组合，以实现更多种类的吸能效果。[0044]金属基碳纤维复合管饱括外管与内管可以通过热模压制造方法加工制造，如图5所示，具体可以分为以下步骤：[0045]步骤S1:将加热模具30进行预热，预热温度约为80°C，然后将加热模具30的外表面涂抹脱模剂33,将设定好层数、铺层方向的碳纤维预浸料34铺放或缠绕在预设的截面形状包括但不限于圆形、三角形、四边形、六边形、八边形及十边形等）的加热模具3〇外壁上，如图5a所示，根据工艺要求再铺上辅料，完成模具前的准备工作；[0046]步骤S2:在碳纤维预浸料34表面涂刷环氧树脂，再将预设尺寸的金属管32嵌套于碳纤维铺层上，如图5b所示，其中，金属管32外壁接触表面需要喷涂脱膜剂33;[0047]步骤S3:安装上外层保压夹具31固定，如图5c所示，设置工艺参数，启动成型设备并进行加热模压，如图5d所示，其中，标号35为固化后的碳纤维内层，热模压过程的参数设置如图6所示；[0048]步骤S4:冷却后脱模制得金属基碳纤维复合管件36，对其进行加工整形，并对模具进行吹洗；[0049]步骤S5:重复步骤S1-S4,直到制备获得所需数量的金属基碳纤维复合官件36。[0050]下面结合具体实例进一步讲解一下上述多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的设计及其制造案例及吸能效果比较。[0051]实施例[0052]本实施例主要涉及多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构中的碳纤维内管数目对吸能效果的影响。[0053]多胞金属基碳纤维结构由6061-T4铝合金外管以及碳纤维内管组成，具体可以分为方案A、方案B、方案C三种不同的设计方案。[00M]其中，方案A中多胞结构137的高度138为80mm，多胞结构137中的碳纤维内管1”40数目N=3,多胞结构137中的铝合金外管1”39的厚度为2mm，铝合金外管1”39的外径I’41为58mm，如图3a所示。[0055]方案B中多胞结构II44的高度n45为100mm，多胞结构II44中的碳纤维内管II”47数目N=5，多胞结构n44中的铝合金外管H”46的厚度为2mm，锅合金外管II”46的外径II’48为73mm，如图3⑹所示。[0056]方案C中多胞结构11151的高度IH52为110mm，多胞结构IH51中的碳纤维内管m”54数目N=7,多胞结构IH51中的铝合金外管ni”53的厚度为2mm，招合金外管m”53的外径nr55为80mm，如图3c所示。[0057]在所有方案中，碳纤维内管I”40的外径I”42、碳纤维内管n”47的外径n”49和碳纤维内管m”54的外径m”56均为25mm，碳纤维内管r’40的内径I’43、碳纤维内管n”47的内径n’50和碳纤维内管m”54的内径m’57均为24mm;在每种方案之内，碳纤维内管的尺寸均一致。碳纤维内管I”40、碳纤维内管n”47和碳纤维内管m”54使用T300热固性碳纤维预浸料经过热固化而成，以正交铺层的方式铺4层，如图4所示，在所有方案中，碳纤维内管的铺层特点均一致，其中，标号58指代碳纤维内管1”40、碳纤维内管n”47或碳纤维内管DI”54的内壁。[0058]如图7所示，对于上述方案A、方案B、方案C所涉及的多胞结构137、多胞结构1144、多胞结构III51的制备工艺包括如下步骤：[0059]具体以方案A中的多胞结构137为例：[0060]步骤S1、对6061铝管金属铝合金外管I”39进行机械加工使之达到每种方案的尺寸要求；[0061]步骤S2、对6061铝管金属铝合金外管I”39进行热处理工艺达到更加符合本研宄实验的6061-T4态；[0062]步骤S3、将碳纤维内管1”40单管按照方案A所指定数目（N=3进行打磨并使用丙酮清洗，然后固定在夹具上进行相互粘接，形成三胞碳纤维内管组，然后与经过热处理后的6061-T4铝管金属铝合金外管1”39进行配合并粘接，固化恒温温度为60°C，固化时间约为lh;[0063]步骤S4、冷却到室温后对三胞结构进行加工整形，质量检查，获得最终所需的结构。[0064]为了比较三种方案的吸能效果，将三种方案所涉及到的多胞结构分别进行压溃，采集压溃过程中每种方案中的结构件的载荷与机构件的轴向压溃曲线作为评价吸能效果的指标，同时压溃与方案C中铝合金外管m”53尺寸相同的6061-T4铝管作为对照，方案c中多胞结构III51与铝管的压溃曲线由图8a表示，每种方案的压溃曲线由图8⑹表示。[0065]从图8a中可以看出，与方案C尺寸相同的铝管压溃相比，方案C中的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构具有较高的压溃力曲线，压溃过程较为稳定;从图8b中可以看出，所有方案中多胞结构的峰值力随着管径的增大有较明显的增加。其中，峰值力最大的方案C所涉及的多胞结构DI51的峰值力分别为方案A所涉及的多胞结构137和方案即斤涉及的多胞结构n44的1•4倍和1•8倍;压溃到达15mm时进入稳定压溃阶段，对于稳定压溃阶段，可以看出方案c所涉及的多胞结构nisi的压溃力大于方案B所涉及的多胞结构II44,并且方案B所涉及的多胞结构n44的压溃力大于方案A所涉及的多胞结构137。[0066]以上的实验现象可以证明：当结构的整体尺寸结构的整体外径以及整体高度相同时，包含有碳纤维内管组的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构件比不包含碳纤维内管组的金属外管压溃性能更高;多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的吸能效果与其内部所包含的碳纤维内管数目成正比关系。[0067]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述吸能结构主要由金属管或金属基碳纤维复合管构成的外管与多根碳纤维管或金属基碳纤维复合管构成的内管搭配组合成外管嵌套包裹内管的结构形式，多根所述内管的外壁之间通过粘接或金属支架支撑的方式相互连接成多胞结构，所述多胞结构再通过粘接与所述外管的内壁相连接。2.根据权利要求1所述的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述吸能结构的内管和外管的材料，内管的数目、截面形状、尺寸与排列方式、碳纤维铺层数目与方向、碳纤维复合管的嵌套方式、嵌套层数、厚度参数，以及金属基碳纤维复合管的层数和厚度参数，根据汽车碰撞的不同吸能需求设置。3.根据权利要求2所述的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述内管和外管的材料选用金属、碳纤维管或金属基碳纤维复合管中的一种或一种以上的组合，碳纤维管或金属基碳纤维复合管的碳纤维部分的纤维铺层数目、铺层方向以及厚度参数根据汽车碰撞的吸能需求设置。4.根据权利要求2所述的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述内管和外管的截面形状、几何尺寸根据汽车碰撞的吸能需求设置，所述内管和外管的截面形状包括但不限于圆形、三角形、四边形、六边形、八边形或十边形，且可以采用同型或者异型的组合形式。5.根据权利要求2所述的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构，其特征在于，所述吸能结构为一根独立外管嵌套包裹多根内管构成截面封闭的多胞连接形式，其中，所述内管的数目N根据吸能量大小选择，N彡3。6.—种如权利要求1至5任意一项权利要求所述的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构的制备工艺，其特征在于:所述吸能结构包括多个具有相同或不同截面形状的、连续的胞体单元，多个所述胞体单元依次对应排列并在重合的粘接面处固定粘接形成横截面为多边形的胞体结构，其中：所述金属基碳纤维复合管采用热模压工艺制成，采用环氧树脂粘接剂，具体包括以下步骤：步骤S1:对模具预热，涂覆脱模剂，将设定好层数、铺层方向的碳纤维预浸料铺放或缠绕在预设截面形状的加热模具外壁上，根据工艺要求再铺上辅料，完成模具前的准备工作；步骤S2:在碳纤维预浸料表面涂刷环氧树脂，再将预设尺寸的金属管嵌套于碳纤维铺层上，其中，金属管外壁接触表面需要喷涂脱膜剂；步骤S3:再安装上外层保压夹具固定，设置工艺参数，启动成型设备并进行加热模压；步骤S4:冷却后脱模制得金属基碳纤维复合管件，对模具吹洗；步骤S5:重复步骤S1-S4，直到制备获得所需数量的胞体单元；步骤S6:将制得的金属基碳纤维胞体单元粘接面进行打磨，并用丙酮清洗后，在相应夹具及环境温度下依次粘接，或者通过金属支架支撑的方法相互连接成多胞结构，并通过粘接的方法与外管壁相连接；步骤S7:对制得的多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构进行加工整形，最终获得所需零件产品。7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于:所述成型设备工艺参数为:预热温度为80°C，保温固化时间为:20-40分钟，然后加压固化至120-150°C，保温固化时间60-120分钟，压强参数为0•5_〇•7MPa;实现碳纤维铺层与金属管一体固化，脱膜后进而获得金属基碳纤维复合管单元。8.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于:碳纤维预浸料采用热塑形碳纤维增强复合材料。

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