仿竹子结构的保险杠系统技术领域
本发明涉及一种保险杠系统吸能结构，特别涉及一种仿生吸能结构。
背景技术
在我国公路行驶过程中，车碰撞安全问题一直是备受关注的话题，汽车轻量化和
高吸能设计已经成为当今汽车领域的热点话题。因此，设计合理的车辆前后部吸能结构是
发生碰撞后减少对成员伤害的有效措施之一。保险杠系统主要由保险杠横梁、吸能盒以及
安装托架等组成。其中，横梁是汽车碰撞安全性的关键零部件，主要作用是将碰撞能量均匀
地传递给吸能盒，同时防止内侵量过大造成发动机前部件的损坏，同时造成成员空间挤压
威胁成员安全；吸能盒的作用是通过自身的压溃变形将碰撞中产生的能量转化为内能，吸
收能量，并将由前横梁传递来的碰撞力均匀地传递到车身两个前纵梁骨架上。目前，为了提
高前后部吸能结构的特性，设计了多种类型的保险杠，如：夹层式保险杠、可伸缩式吸能梁
等，旨在通过提高保险杠的耐撞性与吸能特性，从而保护乘员及贵重物品安全。现有的保险
杠装置遇到很多问题，例如存在制造成本高、安装不方便及结构复杂等缺点，同时普遍存在
质量大、吸能效率低的特点，而通过仿生设计的方法来设计出轻质高吸能的保险杠是一种
新方法。
研究汽车保险杠的碰撞特性和碰撞过程中的吸能特性，提高保险杠吸能盒在碰撞
过程中的吸能性能，对于提高汽车的碰撞安全性具有重要的意义。
发明内容
本发明针对现有保险杠设计等方面的不足，提供一种能提高汽车耐撞性的仿竹结
构的保险杠系统。
本发明是由保险杠横梁和吸能盒组成，保险杠横梁是由前圆弧形面板、后圆弧形
面板、盖板组成，保险杠横梁轮廓上焊接有仿生加强筋，若干个仿生加强筋分布在保险杠横
梁轮廓，仿生加强筋的存在能够保证保险杠横梁一定刚度的同时，提高其抗弯性能，在汽车
碰撞过程中更稳定。
仿生吸能盒由仿生外壳、仿生内管与约束筋板组成，仿生外壳是具有相同内径和
不同壁厚的变壁厚六边形管，壁厚自上而下逐渐增大；仿生内管是具有相同内径和不同壁
厚的变壁厚六边形管，壁厚自上而下逐渐增大；六个约束筋板均匀的圆周分布，六个约束筋
板将仿生外壳和仿生内管连接在一起。变化的壁厚能够降低质量同时，提高其比吸能效率。
保险杠横梁的仿生加强筋能够增强汽车的碰撞性，仿生吸能盒吸收能量的能力增
强，在提高其比吸能的同时降低保险杠系统碰撞的峰值。保险杠横梁和仿生吸能盒两者结
合起来可以使得保险杠系统轻质高效。
本发明根据竹子径向、轴向的宏微观结构，提取影响竹材优良性能的结构特征参
数。宏观上得出竹节随着竹竿高度的规律分布，参照竹子竹节结构的分布及内嵌式结构，并
将其应用到保险杠横梁的结构设计中。设计出一种具有竹子竹节结构特征的仿生横梁结构
微观上得出维管束沿竹青——竹肉——竹黄的梯度分布规律，结合竹子自下而上壁厚变小
的结构，从而设计出一种具有两层变化的壁厚的六边形仿生吸能盒结构
保险杠横梁的结构是将竹子的竹节特征应用到保险杠的横梁轮廓面上。
所述仿生吸能盒的仿生设计方法：
根据竹节壁厚的变化规律，可以得到壁厚变化规律，设计一种双层变壁厚的六边
形仿生吸能盒，其中，仿生吸能盒的三段长度符合竹节在竹茎干上的分布特点规律，壁厚变
化规律符合竹壁厚随竹节数目变化的分布特点规律，通过对竹子的切片处理之后进行电镜
扫描观察维管束的梯度变化规律，并将其简化为普通加强筋，用于连接内外仿生管，从而建
立相应的仿生吸能盒结构。
本发明的有益效果：
本发明利用竹子自身的优良结构特性，对保险杠的横梁和吸能盒进行仿生设计，
不仅能够提高吸能盒的轴向吸能能力，而且降低吸能盒的质量及其碰撞过程中的峰值载
荷。同时对保险杠横梁的结构进行改进，使其整体性好、刚度高、吸能效果好以及抗弯变形
能力强的特点，从而提高汽车的耐撞安全性。
附图说明
图1为本发明的立体示意图。
图2为本发明的仿生吸能盒立体示意图。
图3为本发明之仿生吸能盒的仿生内管立体示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明是由保险杠横梁1和仿生吸能盒6组成，保险杠横梁1是由
前圆弧形面板2、后圆弧形面板4和盖板3组成，保险杠横梁1轮廓上焊接有仿生加强筋5，若
干个仿生加强筋5分布在保险杠横梁1轮廓，仿生加强筋5的存在能够保证保险杠横梁1一定
刚度的同时，提高其抗弯性能，在汽车碰撞过程中更稳定。吸能盒6设置在后圆弧形面板4
上。
请参阅图2所示，仿生吸能盒6由仿生外壳7、仿生内管8与约束筋板9组成，仿生外
壳7是具有相同内径和不同壁厚的变壁厚六边形管，壁厚自上而下逐渐增大，仿生外壳7是
由第一段外壳71、第二段外壳72、第三段外壳73自上而下连接构成，第一段外壳71、第二段
外壳72和第三段外壳73的内径相同，但是，第一段外壳71外径小于第二段外壳72外径，第二
段外壳72外径小于第三段外壳73外径；仿生内管8是具有相同内径和不同壁厚的变壁厚六
边形管，壁厚自上而下逐渐增大，如图3所示，仿生内管8是由第一段内管81、第二段内管壳
82、第三段内管壳83自上而下连接构成，第一段内管81、第二段内管82和第三段内管83的内
径相同，但是，第一段内管81外径小于第二段内管82外径，第二段内管82外径小于第三段内
管83外径；六个约束筋板9均匀的圆周分布，六个约束筋板9将仿生外壳7和仿生内管8连接
在一起。变化的壁厚能够降低质量同时，提高其比吸能效率。
保险杠横梁1的仿生加强筋5能够增强汽车的碰撞性，仿生吸能盒6吸收能量的能
力增强，在提高其比吸能的同时降低保险杠系统碰撞的峰值。保险杠横梁1和仿生吸能盒6
两者结合起来可以使得保险杠系统轻质高效。