用于车辆的耐冲击部件技术领域
本发明涉及车辆或者汽车部件，例如耐冲击承重结构或耐冲击非承重结构，并且更具体地涉及用于这种耐冲击结构的改进波纹设计。
背景技术
本部分提供与本发明有关但不一定是现有技术的背景信息。
用于车辆或汽车应用的非载重或载重结构有助于将乘客和货物从一个位置运输到另一个位置。这样的部件通常由例如钢或者铝等金属制成。金属提供坚固的部件，包括好的可延展性、强度和耐冲击性。耐冲击性和强度是尤其重要的，因为汽车的载重结构通常被用于建筑或工业用途。这样的结构通常需要支撑其他部件、设备或车辆内物品（例如车辆内承载的货物、存放物品和乘客）的重量，并且进一步地应该呈现承受来自重和/或锋利物体下降的冲击（例如，当可以从各种高度装载货物时）的能力。虽然金属已经作为汽车应用的载重结构表现良好，但是它们具有明显的缺点，即，是重的并且降低了重量效率，并因此降低了车辆的燃料经济性。
已经考虑轻质增强复合材料作为车辆应用的替代载重表面。然而，常见的复合材料没有针对车辆或其他载重应用中的长期使用呈现必要的坚韧性，这是因为它们倾向于具有有限延展性（增加的脆度）并且呈现减少的耐冲击性。因此，非常期望改进由复合材料形成的结构的设计，以便为商业和工业应用提供必要的耐冲击性和坚固性，从而针对承重或非承重应用二者改进这种结构的长期耐用性，同时减少重量并改善燃料经济性。
发明内容
本部分提供对本发明的总体综述，而不是对其完整范围或其所有特征的全面公开。
本发明提供了用于载重和非载重应用二者的改进的耐冲击部件。在某些方面中，部件尤其适用于在车辆或者汽车中使用。耐冲击部件可选地由复合材料形成。在某些方面中，本发明想到了包括支撑结构的耐冲击部件（例如用于汽车或车辆），其中该支撑结构包括在该支撑结构中形成的多个细长脊。所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成在某些方面中能够载重的波纹表面。进而，支撑结构包括复合材料。在某些方面中，可以在所述多个细长脊上配置限定预定周期的多个凸起。这样的支撑结构是耐冲击的，并且因此抵抗裂纹或者其他的机械损伤。
在其它方面中，本发明想到了包括支撑结构的耐冲击部件（例如，用于汽车或者车辆）。该支撑结构包括形成在该支撑结构中的多个细长脊，每个各自的细长脊包括顶壁和两个侧壁。进而，所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开。因此在某些方面中支撑结构能够载重。进而，支撑结构包括复合材料。顶壁的宽度与侧壁的高度的比可选地大于或等于大约1至小于或等于大约3。这样的支撑结构是耐冲击的，并且因此抵抗裂纹或者其他的机械损伤。
在其它方面中，本发明想到了包括支撑结构的耐冲击部件（例如，用于汽车或车辆），其中该支撑结构包括在该支撑结构中形成的多个细长脊。每个各自的细长脊包括顶壁和两个侧壁。进而，所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开。支撑结构还包括沿着顶壁具有预定周期的波形表面，从而形成波纹表面，在某些方面中该表面能够载重。这样的支撑结构是耐冲击的，并且因此抵抗裂纹或者其他的机械损伤。
在又一些方面中，本发明想到了一种包括支撑结构的用于车辆的耐冲击部件，其中该支撑结构包括在该支撑结构中形成的多个细长脊。所述多个细长脊在支撑结构上限定具有预定周期的波形表面。这样的支撑结构是耐冲击的，并且因此抵抗裂纹或者其他的机械损伤。
1.一种用于车辆的耐冲击部件，包括：
支撑结构，该支撑结构包括形成在该支撑结构中的多个细长脊，其中所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成能够载重的波纹表面，其中所述支撑结构包括复合材料；和
多个凸起，配置在所述多个细长脊上且限定预定周期，其中所述支撑结构是耐冲击的。
2.根据方案1所述的耐冲击部件，其中所述支撑结构包括第一侧和第二相对侧，并且所述多个凸起以大体周期性轮廓配置在所述第一侧或所述第二相对侧。
3.根据方案2所述的耐冲击部件，其中所述第一侧是顶面并且所述第二相对侧是底面，并且所述多个凸起配置在：
（i）所述第二相对侧的底面上，而所述第一侧的顶面是光滑的；
（ii）所述第一侧的顶面上，而所述第二相对侧的底面是光滑的；或者
（iii）所述第一侧的顶面和所述第二相对侧的底面二者上。
4.根据方案1所述的耐冲击部件，其中所述复合材料是包括聚合物和碳纤维的纤维增强复合物。
5.根据方案4所述的耐冲击部件，其中所述复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。
6.根据方案1所述的耐冲击部件，其中所述支撑结构选自由如下构件构成的组：油箱防护罩、车底护罩、结构面板、内部底板、浅盘形底板、车顶、外部表面、存放区、杂物箱、控制台箱、行李箱、行李箱底板、卡车车厢及其组合。
7.根据方案1所述的耐冲击部件，其中所述多个凸起进一步配置在所述多个细长脊中的各个细长脊之间的区域中。
8.根据方案1所述的耐冲击部件，其中所述多个凸起包括凸块。
9.一种用于车辆的耐冲击部件，包括：
支撑结构，该支撑结构包括形成在该支撑结构中的多个细长脊，其中每个各自的细长脊包括顶壁和两个侧壁，并且所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成能够载重的波纹表面，其中所述支撑结构包括复合材料；并且
其中所述顶壁的宽度与所述侧壁的高度的比大于或等于大约1至小于或等于大约3，并且所述支撑结构是耐冲击的。
10.根据方案9所述的耐冲击部件，其中所述顶壁的宽度与所述侧壁的高度的比大于或等于大约1.25至小于或等于大约2.75。
11.根据方案9所述的耐冲击部件，其中所述顶壁的宽度大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米；并且
其中所述侧壁的高度大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米。
12.根据方案9所述的耐冲击部件，其中所述多个细长脊中的各个细长脊之间的区域具有大于或等于大约25毫米至小于或等于大约40毫米的宽度。
13.根据方案9所述的耐冲击部件，其中所述两个侧壁中的每个相对于所述顶壁均限定距垂直大于或等于大约3度至小于或等于大约40度的角度。
14.根据方案9所述的耐冲击部件，还包括配置在所述多个细长脊上且限定预定周期的多个凸起。
15.根据方案14所述的耐冲击部件，其中所述支撑结构包括第一侧和第二相对侧，使得所述第一侧是顶面并且所述第二相对侧是底面，并且所述多个凸起配置在：
（i）所述第二相对侧的底面上，而所述第一侧的顶面是光滑的；
（ii）所述第一侧的顶面上，而所述第二相对侧的底面是光滑的；或者
（iii）所述第一侧的顶面和所述第二相对侧的底面二者上。
16.根据方案9所述的耐冲击部件，其中所述复合材料是包括聚合物和碳纤维的纤维增强复合物。
17.根据方案16所述的耐冲击部件，其中所述复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。
18.根据方案17所述的耐冲击部件，其中所述侧壁的高度与所述杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa。
19.根据方案9所述的耐冲击部件，其中所述支撑结构选自由如下构件构成的组：油箱防护罩、车底护罩、结构面板、内部底板、浅盘形底板、车顶、外部表面、存放区、杂物箱、控制台箱、行李箱、行李箱底板、卡车车厢及其组合。
20.一种用于车辆的耐冲击部件，包括：
支撑结构，该支撑结构包括形成在该支撑结构中的多个细长脊，其中每个各自的细长脊包括顶壁和两个侧壁，并且所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，其中所述支撑结构还包括沿着所述顶壁具有预定周期的波形表面，从而形成能够载重的波纹表面。
21.根据方案20所述的耐冲击部件，其中所述波形表面限定正弦波轮廓。
22.根据方案20所述的耐冲击部件，其中所述预定周期小于或等于所述顶壁的宽度的大约1/3。
23.根据方案20所述的耐冲击部件，其中在所述多个细长脊中的各个细长脊之间的区域也具有所述波形表面。
24.根据方案20所述的耐冲击部件，其中所述支撑结构包括纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料包括聚合物和碳纤维。
25.根据方案24所述的耐冲击部件，其中所述纤维增强复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。
26.根据方案25所述的耐冲击部件，其中所述两个侧壁限定高度，并且所述侧壁的高度与所述杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa。
27.一种用于车辆的耐冲击部件，包括：
支撑结构，该支撑结构包括形成在该支撑结构中的多个细长脊，其中所述多个细长脊在所述支撑结构上限定具有预定周期的波形表面，其中所述支撑结构是耐冲击的。
28.根据方案27所述的耐冲击部件，其中所述支撑结构包括纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料包括聚合物和碳纤维。
29.根据方案28所述的耐冲击部件，其中所述纤维增强复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。
30.根据方案29所述的耐冲击部件，其中每个各自的细长脊包括具有高度的一对侧壁，其中所述侧壁的高度与所述杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa。
根据这里提供的描述，另外的应用领域将变得显然。该发明内容中的描述和特定示例只是预期用于例示的目的，并不意图限制本发明的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用于例示选定实施例而不是所有可能实施方式的目的，并且不旨在限制本发明的范围。
图1是具有根据本发明的波纹的用于车辆的载重结构的立体图；
图2是在图1的2-2处剖开的波纹的剖视图；
图3是根据本发明的波纹的另一实施例的剖视图；
图4是根据本发明的波纹的又一实施例的剖视图；
图5A-5E是根据本发明的波纹的再一些实施例的剖视图；
图6A-6D是根据本发明的波纹的再一些实施例的剖视图；
图7是图3的波纹的立体图；
图8是图4的波纹的立体图；
图9是图5A的波纹的立体图；
图10是图6A的波纹的立体图；并且
图11是示例性细长脊波纹轮廓的示意剖视图，其示出了高度、宽度、厚度和偏移角度之间的关系。
在附图中的所有若干幅图中，对应的附图标记表示对应的零件。
具体实施方式
提供示例实施例，以便本发明更为详尽，并将其范围完全地传达给本领域技术人员。为了提供本发明的实施例的详尽理解，而阐述了大量具体细节，例如具体部件、设备和方法的示例。对于本领域技术人员而言显然的是，不需要采用具体细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应将其解释限制本发明的范围。在一些示例实施例中，对于公知的处理、公知的设备结构和公知的技术没有详细描述。
本文所使用的术语仅为了描述具体示例实施例之目的，并不旨在是限制性的。当在本文中使用时，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。术语“包括”、“包括着”、“包含着”和“具有”是非遍举的，并且因此明确说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。本文描述的方法步骤、过程和操作不应解释为必须要求它们以所讨论或示出的具体顺序执行，除非明确确定为执行顺序。还应理解的是，可以采用附加的或替代的步骤。
当元件或层被描述为位于其它元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”其它元件或层时，它可以直接位于其它元件或层上，接合到、连接到或联接到其它元件或层，也可以存在介入元件或层。相反，当元件被描述为“直接位于”其它元件或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”其它元件或层时，则可以不存在介入元件或层。应以相同的方式解释用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“位于...之间”与“直接位于...之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)。当在本文中使用时，术语“和/或”包括相关列出项目的一种或多种的任意组合。
虽然在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一种元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开来。诸如“第一”、“第二”和其它数字术语等术语当在本文中使用时并不暗含顺序或次序，除非上下文清楚地指出。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以称作第二元件、部件、区域、层或部分。
为了便于描述，在本文中可能使用空间相对术语，例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“底部”、“下部”、“上方”、“顶部”、“上部”等，来描述附图中所示的一种元件或特征相对于其他的一种或多种元件或特征的关系。除了图中描绘的朝向之外，空间相对术语还旨在涵盖使用或工作中的设备的不同朝向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向为在其它元件或特征的“上方”。因此，示例术语“下方”可以涵盖上方和下方两个朝向。设备可以被以其它方式定向(旋转90度或以其它朝向)，并且对应地解释本文中使用的空间相对描述词。
在本发明全文中，数值表示对范围的近似测量或限制，以包括从给定值的较小偏离以及具有大约为所提及的值的实施例和具有刚好为所提及的值的实施例。除了提供的工作示例中之外，该说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如，数量或条件）的所有数值应该理解为在所有情况下由术语“大约”修饰，无论“大约”是否实际上出现在数值之前。“大约”表示所述数值允许一些轻微的不精确性（略微接近所述值的精确度；大致或合理地接近所述值；几乎）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不以该普通含义另外理解，那么本文中所使用的“大约”至少表示可能由于测量并使用这样的参数的普通方法而产生的变化。此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对于该范围给出的端点。
现在将参考附图更加全面地描述示例性实施例。
在各个方面中，本发明提供了改进的耐冲击部件，其可以是非承重或非载重的或者替代地承重或载重的，其因此适用于承载载荷。这样的耐冲击部件可以尤其适用于在车辆或者汽车中使用。虽然不是限制性的，但是本发明的技术尤其适合于用于包括聚合复合材料的部件。大体参考图1-11，示出了这种耐冲击部件的改进的波纹设计。虽然贯穿说明书示出并描述了示例性部件，不过应该理解的是本发明中的创造性构思也可以应用于任意的耐冲击结构部件，包括车辆中使用的部件，如汽车应用，包括但不限于油箱防护罩、车底护罩、结构面板、内部底板、浅盘形底板（例如，货车的浅盘形底板）、车顶、外部表面、存放区域，包括杂物箱、控制箱、行李箱、行李箱底板、卡车车厢等。具体地，本发明尤其适合于承受加载或冲击（例如承重）的任意硬件。在替代变型中，本发明同样适用于承受非承重的冲击的任意硬件。
借助于非限制性示例，可以使用载重结构来针对客车和货车二者运输某种形式的货物。图1中示出了具有耐冲击结构部件18的车辆10的一个部分的示例性示意图。结构部件18包括能够支撑例如货物等载荷的支撑结构或底板22以及侧壁26。虽然所示构造包括底板22和单个侧壁26，不过应该注意到可以使用多个部件或者替代地多个部件可以不存在于所有结构部件上，这些结构不是实施本发明所必需的。
结构部件18可以由例如钢、铝、复合或者任意其他材料等坚固材料制成。在某些方面中，结构部件是能够支撑载荷的材料。虽然不是限制性的，但是本发明讨论的构思尤其适合于用于由聚合复合材料形成的结构部件18。仅作为示例，结构部件18可以是纤维增强复合物，其包括聚合体基质和分布于其中的多个增强纤维。
在形成车辆部件（例如，汽车应用部件，如结构部件18）时，对于改善性能和效率而言，增强结构刚性、强度和耐冲击性同时减小总重量是重要的。由部件或者零件的材料模数（材料性质）和几何构型的组合来确定刚性。当设计某些车辆部件（例如结构部件底板）时，必须平衡刚性和耐冲击性。例如，如果结构部件太硬，则结构部件不能充分弯曲来弹性地吸收能量，并且所有的冲击能量均可用于形成裂纹。具有较小刚性的结构部件能够弯曲以弹性地存储一些能量，并且因此减少能量剩余从而将裂纹最小化。然而，刚性不能过小，因为结构部件仍然必须具有用于大部分应用的明显硬度。
虽然例如钢或铝等金属材料具有相对较大的极限应变（例如，大约20%至大约40%）且相对较高的强度，不过仍需要改进刚性。为了改进金属材料的刚性，能够增加波纹高度。增加波纹高度会增加部件的总重量并且金属是相对较重的材料。然而，在车辆中减小重量是重要的。
相比于金属部件，由聚合复合材料形成的车辆部件的重量更轻，并且因此为车辆提供更好的燃料经济性。在重量上相比于具有相同设计的金属结构，在本教导的某些变型中的由复合材料形成的车辆部件的代表性重量减小大于或等于大约40%，可选地大于或等于大约50%，并且可选地大于或等于大约60%。聚合体可以由热塑性树脂形成或包括热塑性树脂。纤维增强复合物可以还包括粘弹性特性。在某些方面中，适当的纤维增强复合物可以还包括多个碳纤维。
在某些方面中，纤维增强复合物可以是在美国专利文献No.2013/0122262和2013/0272780以及PCT国际公开文献No.WO2012/117593、WO2012/105716、WO2012/102315、WO2012/105387、WO2012/105389、WO2012/105717、WO2012/108446和WO2012/140793中公开的纤维增强复合材料中的任意一种，其中每篇文献的全部内容分别通过参考并入本文。用作根据本发明的结构部件的特别适当的纤维增强复合物在PCT国际公开文献No.WO2012/105080和美国专利申请序列号14/056,656中描述，其于2013年10月21日提交且名称为“CarbonFiberCrossMemberforAutomotiveChassisStructure”，其中每篇文献的全部内容分别通过参考并入本文。
因此，适当的纤维增强复合材料可以包括用碳纤维材料增强的热塑性.树脂。碳纤维可以提供为具有互连或接触纤维的纤维垫，或者可以是在树脂基质内随机分布的单个纤维。适当的碳纤维可以包括长度相对较短的纤维（具有≥大约0.1毫米到≤大约10毫米的长度）、长度相对较长的纤维（具有≥大约10毫米到≤大约100毫米的长度）或者连续纤维（具有≥大约100毫米的长度），并且可以包括其任意组合。长度长的纤维能够提供可成型性/生产率/机械性能的良好平衡。也可以将碳纤维切碎。
复合物内的碳纤维可以以随机定向的方式配置，例如以基本二维随机定向或者沿特定方向定向的方式。在某些变型中，包括碳纤维的纤维垫可以与高度平面定向的或者单向定向的纤维或者其组合一起使用。纤维垫可以具有随机定向的纤维，用于可成型性/生产率/机械性能的良好平衡。在某些变型中，可以使用随机碳纤维垫作为被成形的纤维增强复合材料的预制件。随机垫可以包括具有大于或等于大约3毫米至小于或等于大约100毫米的平均纤维长度的增强碳纤维和热塑性树脂。这样的随机碳纤维垫在上面讨论的WO2012/105080中进一步描述。此外，可以包括单向定向的碳纤维层，以便为载重支撑结构提高局部刚性和强度。
在某些变型中，纤维增强复合物可以包括由聚合体表面改性或接枝的碳纤维材料，例如被附接到碳纤维表面的共聚聚烯烃。借助于非限制性示例，共聚聚烯烃可以包含芳香族乙烯基化合物和酸和/或酸酐作为共聚成分。
热塑性树脂可以包括任意适当种类的热塑性树脂。借助于非限制性示例，热塑性树脂可以包括：氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂（PA6、PA11、PA12、PA46、PA66、PA610）、聚缩醛树脂、聚碳酸脂树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚交酯树脂或这些树脂的共聚物的任意组合。如本领域技术人员将意识到的那样，碳纤维增强复合材料可以还包括其他常规成分，包括其他的加强材料、功能性填料或者添加剂，如有机/无机填料、阻燃剂、抗紫外线剂（UV稳定剂）、抗氧化剂、着色剂、脱模剂、软化剂、塑性剂、表面活性剂等。
碳纤维增强复合材料可以包括层压在一起的纤维增强层和树脂层。这样的纤维增强复合材料可以通过压缩成型工艺被制造。虽然热塑性树脂（例如，PA6、PC、PP等）具有较大伸长值，不过这样的材料本身不呈现足够的强度。因此包括树脂和增强物的复合材料（例如玻璃纤维增强聚合复合物（GFRP）或者碳纤维增强聚合复合物（CFRP））呈现高强度和合理的刚性，同时也是轻质的（相比于金属）。然而，纤维增强复合物可能具有相对较低水平的伸长，尤其是在CFRP的情况下（例如，其可能仅是大约1%至大约2%）。因此，在某些方面中，如果使用平坦的纤维增强复合材料，则对于各种应用而言刚性将过低。较低刚性在集中冲击载荷下产生大应变，这意味着能够改善刚性和耐冲击性之间的平衡。如果使用波纹表面轮廓设计，则产生更大的刚性，但是之后小的或低的伸长在集中冲击载荷下产生局部裂纹或失效（因此耐冲击性不足）。因此，根据本发明的各种方面，使用优化设计来形成车辆中的结构复合材料部件，例如碳纤维增强复合材料，其呈现所需的刚性、强度和耐冲击性。
失效应变是对于车辆部件期望更大值的材料性质。在某些方面中，代表性碳纤维增强复合材料可以具有大于或等于大约1%的失效应变值，可选地大于或等于大约1.5%，且在某些变型中可选地大于或等于大约2%。
在某些方面中，适当的纤维增强复合材料包括用碳纤维增强的热塑性树脂，例如碳纤维垫，其具有大于或等于大约200MPa的抗拉强度（σ）和大于或等于大约300MPa的挠曲强度（例如，弯曲或断裂强度）。杨氏模数（E）是关于应力与应变的比（σ/ε）的材料的机械性质，从而反应了材料的弹性。在某些变型中，用于耐冲击部件的材料（例如碳纤维增强复合物）具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。
重新参考图1，结构部件18可以包括在底板22上的波纹表面区域42。虽然未在图1中示出，不过结构部件18也可以包括在侧壁26上延伸（且因此桥接角部并从底板22沿侧壁26向上延伸）的波纹表面区域42。应该进一步注意到，具有波纹表面区域42的结构部件18和底板22不需要被限于如图所示是完全平面的，而是可以具有波动、弯曲、角部或其他成形轮廓。在某些方面中，具有这样的弯曲、角部或其他形状的波纹表面区域42能够保持接近具有直线设计。波纹表面区域42包括在结构部件18的材料中形成的多个细长脊结构或者波纹46。波纹表面区域42包括在结构部件18的材料中形成或作为配置在底板22上的层的多个波纹46。波纹表面区域42有利地增加了上面接收任意货物或载荷的支撑表面的强度和硬度。此外，波纹表面区域42将货物或存放物品抬离底板22，且因此将货物升高到任何水或结构部件18中或附近存在的其他碎片上方。
多个波纹46可以是结构部件18的细长脊或隆起部。因此，每个各自的细长脊结构或波纹46限定主要纵向轴线，并且从第一侧34向第二侧面38纵向地延伸。进而，所述多个中的每个各自的细长脊或波纹46以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成能够波纹表面区域42。因此，在各个细长脊波纹46之间限定多个下部区域48（例如，谷或槽）。应该注意，波纹46不需要从第一侧34延伸到第二侧面38，并且也不限于所示示例性构造和取向。
隆起波纹46可以具有大体周期性图案，这意味着它们以规则的预定间隔重复。根据本发明的各种方面，波纹设计和图案的特定细节和特征能够用于显著地提高结构部件18的功能性，并且改善结构部件18在冲击和加载测试下的性能。如这里所述的这样的实施例特别适用于增强复合材料的强度和耐冲击性。
如图11最佳所示，每个细长脊或波纹46具有顶壁50和两个侧壁54构成的一对侧壁。在一些示例实施例中，侧壁54可以定向成相对于关于顶壁50的垂直直线A处于角度θ。在另一些示例中，侧壁54可以相对于顶壁50垂直。
在工业中，车辆制造商和/或供应商可以对结构部件18执行冲击和载荷测试以确定性能特征。在本领域中公知各种冲击和性能测试，并且其也可以被用来确定耐冲击性和/或结构部件性能的适当性。
对于汽车应用，小物体、石头或砖角或块是导致对车辆部件（特别是对载重结构部件）的集中冲击载荷并且可以由于冲击导致失效或者损坏的典型示例。通常这样的物体具有相对较小的半径（例如，小于或等于大约10毫米的半径）。因此表面必须设计成承受源自具有这种相对较小半径的物体的接触和冲击。
为了进一步例示本发明的某些方面，图2比较了作为常规设计的第一波纹表面56和作为根据本发明的某些方面的示例性设计的第二波纹表面62。第一波纹表面56是常规使用的波纹构造。第二波纹表面62是根据本发明某些方面的替代波纹设计，其改善了结构部件18的波纹表面区域42的耐冲击性。第一波纹表面56包括多个第一常规细长通道或波纹58，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部底板区域或底壁74分隔。第一波纹58可以包括具有宽度WT1的顶壁66和具有高度H1的多个侧壁70。每个底壁74在各个第一波纹58之间具有宽度WB1。侧壁70可以相对于从底壁74垂直延伸的直线A限定角度θ1。
第二波纹表面62包括多个第二细长通道或波纹64，其以预定间隔彼此间隔开并且由底壁76分隔。第二波纹64可以包括具有宽度WT2的顶壁78、具有高度H2的多个侧壁82。每个底壁76具有宽度WB2。侧壁82可以相对于从下部区域底壁76垂直延伸的直线A限定角度θ2。
第二波纹64的宽度WT2和WB2和高度H2小于第一波纹58的宽度WT1和WB1和高度H1，以便增加冲击期间吸收的能量。这样的波纹设计特别良好地适合于提高复合材料的冲击强度。如上文讨论的那样，在常规系统中，增加波纹通道的高度趋于提高复合材料的刚性；然而，在根据本发明某些方面的设计中，而是将波纹高度减小至最佳中间高度，以便改善作为载重结构的复合材料的耐冲击性性能。而且，根据本教导某些方面的波纹表面设计减小在集中冲击载荷下局部裂纹或失效的倾向性。因此，根据本发明的各种方面，例如碳纤维增强复合材料等复合材料具有优化设计，来形成呈现所需刚性、强度和耐冲击性的车辆中的结构部件。
在各个方面中，本发明通过优化细长脊/波纹宽度、波纹高度、材料厚度、细长脊/波纹之间的间隔、壁角度等想到了优越的波纹轮廓和设计。图11中示出了波纹表面轮廓的简化示例性示意图。每个细长脊或波纹46由下部区域48（或底壁）以预定间隔与相邻脊或波纹46间隔开。每个波纹46具有顶壁50和一对侧壁54。因此，WT是顶壁50的宽度，WB表示底壁或下部区域48的宽度，H是每个脊或波纹46的高度，而T是支撑结构材料的厚度。
在某些方面中，特别适当的波纹设计可以具有下列参数。顶壁50的宽度WT可以大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米，而在细长脊或波纹46之间的预定间隔处的下部区域48的宽度WB可以大于或等于大约20毫米至小于或等于大约40毫米。这样的宽度WT和WB的范围在每个单位面积上提供了足够数量的波纹脊（波纹密度），以便确保较大物体（如水泥块或者其他货物）撞击和分配足够量的波纹的冲击。将WT减小到过小的尺寸通过增加每个单位面积存在的波纹的数量并且因此增加部件的总质量，而损害支撑结构的质量效率。如果宽度WT较小，则波纹数量增加，这意味着波纹的单位质量变得更重（因为竖直壁对提高刚性具有微弱影响）。因此，随着WT减小，在结构部件的竖直壁中使用更大比例的复合材料。因此，在某些方面中，波纹表面的设计将质量最小化，以致较大的WT尺寸是有利的。然而，如果WT变得过大，则耐冲击性被削弱。在某些变型中，WT的尺寸使得波纹能够通过在物体表面上具有至少两个波纹脊，而为代表性物体（例如水泥块）提供足够的支撑。
关于侧壁54的高度H，较小的高度往往对于冲击是更好的；然而，较高的高度往往提供支撑结构的更好刚性。因此，根据某些方面，侧壁54的特别适合的高度H可以大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米，可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约13毫米，以便平衡耐冲击性和刚性。如上所述，在某些变型中，形成结构部件18的材料可以包括具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）的复合材料，例如碳纤维增强热塑性聚合物复合材料。在某些具体变型中，波纹侧壁54高度（H）与杨氏模数（E）的比（H:E）大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些变型中，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
支撑结构材料的厚度（T）可以大于或等于大约1.5毫米至小于或等于大约5毫米，且在某些变型中可选地大于或等于大约2.5毫米至小于或等于大约4毫米。
本发明还想到，在任意实施例中，在顶壁50和侧壁54之间或者在侧壁54和下部区域48之间形成的角部可以是矩形、圆形或斜面及其任意组合。例如，可以将侧壁54定向成相对于下部区域48或顶壁50处于角度θ。如图11所示，θ是在底壁/下部区域48和侧壁54之间限定的角度，并且被示出为是正交的或者90°。换句话说，角度θ可以从关于顶壁50的垂直直线A偏离大于或等于0°至小于或等于大约20°，并且在某些方面可选地大于或等于大约5°至小于或等于大约10°。虽然为了提供更好的耐冲击性而往往更期望较小的偏离角度θ，不过形成这种小的偏离角度的能力受到制造工艺的限制。
重新参考图2，仅作为示例，因此，常规的第一波纹58的宽度WT1可以大于或等于大约22毫米（mm），宽度WB1可以大于或等于大约30毫米，高度H1可以大于或等于大约15毫米，并且角度θ1可以在大于或等于0度至小于或等于大约40度的范围内，可选地大于或等于大约3度至小于或等于大约40度，并且在某些变型中大于或等于大约3度至小于或等于大约10度。仅作为示例，第二波纹64的宽度WT2可以在大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米的范围内，宽度WB2可以在大于或等于大约20毫米至小于或等于大约40毫米的范围内，高度H2可以在大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米的范围内，可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约13毫米，并且角度θ2可以在大于或等于大约3度至小于或等于大约40度的范围内，可选地大于或等于大约3度至小于或等于大约10度，并且在某些变型中可选地大于或等于大约5度至小于或等于大约10度。
第一波纹表面56和第二波纹表面62的形状是周期性的并以预定间隔重复，以致每个分别具有P1和P2的振动周期（从一个波纹延伸到相邻波纹）。第二波纹表面62的周期P2是第一波纹表面56的周期P1的大约一半。减小的高度H2、较窄的宽度WT2和WB2以及减小的周期P2（例如，每单位面积上更大数量的波纹）允许增加冲击下的性能。在冲击期间，被分配到第二波纹表面62（例如图1中的42）的第二波纹64上的能量或者冲击能量被耗散或弹性地存储，从而降低了冲击期间失效的可能性。
因此，第二波纹表面62具有优于如第一波纹表面56那样的常规设计的改善的耐冲击性。耐冲击性测试是评价在被冲击力撞击时部件对裂纹或者破损的阻力的方式。各种公知的标准规定了冲击测试的要求，包括撞锤（也被公知为落锤）的类型和重量、冲击力和样本支撑（平板的V形块）。存在三种类型的落锤撞锤用于测试：类型A是具有圆形尖部的圆锥体，类型B是具有相对平坦表面的圆柱体，并且类型C具有带圆形或半球形端部的0.5英寸直径销。允许落锤撞锤自由下落并撞击样本，不过其通常被连接到线缆以便防止其跳跃或者反弹且在初次撞击之后再次撞击样本。之后检查测试样本是否存在任意裂纹或失效的迹象。在某些变型中，用于根据本发明的某些方面确定这样第一次起裂纹的冲击能量的冲击能量测试是类型C，其使用0.5英寸半球形落锤撞锤进行，如本领域公知的那样。
例如，冲击测试机器可以是使用固定重量（近似7kg）托架（落锤被刚性地附接到托架）的小落塔。在即将下降之前控制托架的高度。冲击能量计算为IE=mgh，其中m是质量，h是下降高度，并且g是加速度（重力常数）。下降测试可以在低高度处开始。之后逐渐增加高度直到观察到裂纹。之后使用第二个新样品以最后的高度（在此产生裂纹）直接测试以便确认该值。
因此，在某些方面中，第二波纹表面62是耐冲击的。在某些变型中，通过非限制性示例，第二波纹表面能够在上述测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约8焦耳的冲击能量，可选地在起裂纹之前承受大于或等于大约9焦耳的冲击能量，可选地在起裂纹之前承受大于或等于大约10焦耳的冲击能量，可选地大于或等于大约11焦耳，并且可选地大于或等于大约12焦耳。确定这样第一次起裂纹的冲击能量的冲击能量测试是使用0.5英寸半球形落锤撞锤进行，且使用7kg的Dynatup托架组件进行测试，如上所述。如下文进一步讨论的那样，由与第二波纹表面62相同的材料（例如，高级的碳纤维增强复合物）形成的比较第一波纹表面56在发生裂纹之前仅能够承受大约4焦耳的冲击能量。
在某些变型中，支撑结构由复合材料形成，例如碳纤维增强的热塑性聚合物复合材料。在某些方面中，复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些具体变型中，波纹侧壁82的高度（例如，H2）与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
因此，本发明想到一种可以用于车辆的耐冲击结构部件，例如包括支撑结构，该支撑结构可以包括形成在其中的多个细长脊。每个各自的细长脊包括顶壁和两个侧壁。进而，所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成能够载重的波纹表面。支撑结构可选地包括复合材料。在某些变型中，复合材料包括聚合树脂和碳纤维增强材料。顶壁的宽度（例如WT2）与侧壁的高度（例如H2）的比大于或等于大约1至小于或等于大约3，同时支撑结构呈现耐冲击性。在某些方面中，支撑结构能够在上文讨论的测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约8焦耳的冲击能量。在某些方面中，顶壁的宽度与侧壁的高度的比大于或等于大约1.25至小于或等于大约2.75。
在某些方面中，细长脊的侧壁的高度（例如H2）小于或等于大约18毫米，可选地小于或等于大约17毫米，可选地小于或等于大约16毫米，可选地小于或等于大约15毫米，可选地小于或等于大约14毫米，可选地小于或等于大约13毫米，可选地小于或等于大约12毫米，可选地小于或等于大约11毫米，且在某些变型中可选地小于或等于大约10毫米。在某些变型中，细长脊的侧壁的高度可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米，可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约13毫米，并且展示了优越的耐冲击性（例如，如上文讨论的至少大约8焦耳）。
如上文所述，在某些变型中，材料包括复合材料，例如碳纤维增强热塑性聚合物复合材料。在某些方面中，复合材料可以具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些变型中，波纹侧壁54的高度（例如H2）与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
在其它方面中，细长脊的顶壁的宽度（例如WT2）可以小于或等于大约35毫米，可选地小于或等于大约34毫米，可选地小于或等于大约33毫米，可选地小于或等于大约32毫米，可选地小于或等于大约31毫米，并且在某些方面中可选地小于或等于大约30毫米。在某些变型中，顶壁的宽度可选地小于或等于大约29毫米，可选地小于或等于大约28毫米，可选地小于或等于大约27毫米，可选地小于或等于大约26毫米，可选地小于或等于大约25毫米，可选地小于或等于大约24毫米，可选地小于或等于大约23毫米，可选地小于或等于大约22毫米，可选地小于或等于大约21毫米，并且在某些方面中小于或等于大约20毫米。在某些方面中，顶壁的宽度可以大于或等于大约19毫米至小于或等于大约35毫米，可选地大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米，并且在某些变型中大于或等于大约20毫米至小于或等于大约25毫米。在某些方面中，这样的部件可以展示出如上讨论的至少大约8焦耳的耐冲击性。在某些其他变型中，顶壁的宽度可选地大于或等于大约20毫米至小于或等于大约22毫米，并且展示出优异的耐冲击性（例如，至少大约8焦耳），如上所讨论的那样。
进而，在某些变型中，在多个细长脊中的各个细长脊之间的下部区域（例如WB2）具有大于或等于大约20毫米至小于或等于大约40毫米的预定尺寸或宽度，且在某些变型中可选地大于或等于大约25毫米至小于或等于大约30毫米。应该注意到，虽然在这里描述的实施例中每个各自细长脊在脊之间具有相同的尺寸和间距，不过在替代方面中，每个各自细长脊或波纹不需要具有与其他细长脊相同的尺寸，而是可以具有与其他细长脊或波纹不同的设计、尺寸或间距。
在另一示例实施例中，特别参考图3和图7，示出了第三波纹表面90。图3示出了第三波纹表面90的剖视图，并且图7示出了实施在结构部件18内的第三波纹表面90。第三波纹表面90包括限定波形表面轮廓的多个第三细长脊或峰91和多个细长槽或谷92，其是周期性的并且可以是正弦波的形状。这样的波形表面可以包括从谷92的最低点至峰91的最高点的幅值A，其类似于图2的第二波纹表面62的高度H2且小于第一波纹表面56的高度H1。第三波纹表面90的振动频率近似是第一波纹表面56的振动频率的八倍（图2）。第三波纹表面90具有第三波纹表面90的波动周期P3或振动周期（例如，从第一峰91至第二峰92），其大于第一波纹表面56的波动周期P1的大约1/8。如果P3小于常规设计的1/8波动周期P1，则成型性会变得过于困难。在各个方面中，高度或者幅值大于或等于大约10毫米以便提供足够的刚性。在某些示例中，第三波纹表面90的厚度大于或等于大约2.5毫米至小于或等于大约3毫米。这种设计展示了良好的耐冲击性，不过其不是非常具有质量效率的并且因此很少得到关注。
第三波纹表面90允许增加在第一常规波纹表面56上的全局弯曲，从而使得波纹表面吸收并弹性地存储冲击能量。因此，降低了冲击期间结构部件18失效的可能性。
因此，在某些方面中，提供了一种用于车辆的耐冲击部件，包括支撑结构，该支撑结构包括在其中形成的多个细长脊。所述多个细长脊在支撑结构上限定具有预定周期的波形表面。支撑结构是耐冲击的。在某些变型中，耐冲击支撑结构能够在上面之前描述的测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约15焦耳的冲击能量，可选地大于或等于大约16焦耳，可选地大于或等于大于17焦耳，可选地大于或等于大约18焦耳，可选地大于或等于大约19焦耳，可选地大于或等于大约20焦耳，可选地大于或等于大约21焦耳，可选地大于或等于大约22焦耳，可选地大于或等于大约23焦耳，并且在某些变型中可选地在产生任意裂纹之前承受大于或等于大约24焦耳的冲击能量。
在另一示例实施例中，特别参考图4和图8，示出了第四波纹表面94。图4示出了第四波纹表面94的剖视图，并且图8示出了实施在结构部件18内的第四波纹表面94。第四波纹表面94包括由配置在其间的下部区域或底壁106分隔的彼此间隔开预定间隔的多个第四细长通道或波纹96。第四波纹96可以包括具有宽度WT3的顶壁98、具有高度H3的多个侧壁102和具有宽度WB3的底壁106。侧壁102可以相对于从底壁106垂直延伸的直线A处于角度θ3。第四波纹表面94中的第四波纹96的宽度WT3和WB3和高度H3小于第一波纹表面56（图2）的宽度WT1和WB1和高度H1，以便增加冲击期间吸收的能量。例如，宽度WT3和WB3和高度H3可以是在第二波纹表面62的上下文中在上文所述的那些（如WT2、WB2、H2等）中的任意一个。例如，第四波纹96的宽度WT3可以大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米，宽度WB3可以大于或等于大约20毫米至小于或等于大约40毫米，高度H3可以大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米，可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约13毫米，并且角度θ3可以在大于或等于大约3度至小于或等于大约40度的范围内，可选地大于或等于大约3度至小于或等于大约10度，并且在某些变型中可选地大于或等于大约5度至小于或等于大约10度。
因此，每个各自的细长第四波纹96以预定间隔（例如以宽度WB3）与相邻的细长第四波纹96间隔开。第四波纹表面94可以具有带有振动周期P4的整体周期形状。进而，第四波纹表面94可以进一步限定至少沿顶壁98的具有预定周期的波形表面图案。如图4所示，第四波纹表面94也进一步限定沿着图4中的侧壁102和底壁106的波形表面图案。因此正弦且周期性的波浪图案110限定了具有振动周期P5和高度H4的波形表面图案。波浪图案110遍布波形表面的整体周期形状可以包括隆起和非隆起部分或者低落114和起涨116。波浪图案110的周期P5和高度H4小于限定第四波纹表面94的整体周期形状的周期P4和高度H3。在某些方面中，周期P5可以小于或等于顶壁98的宽度（WT3）的大约1/3。
在某些变型中，第四波纹表面94的支撑结构由复合材料形成，例如碳纤维增强的热塑性聚合物复合材料。在某些方面中，复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些具体变型中，波纹侧壁102的高度（例如H3）与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
因此，第四波纹表面94包括第二波纹表面62和第三波纹表面90的某些特别期望的特征，并且将它们结合到单个波纹形状中。较矮的高度H3、较窄的宽度WT3和WB3以及减小的周期P4（例如，较大数量的波纹96）允许增加性能或者具有更大的承受冲击的能力。
例如，第四波纹表面94将集中冲击载荷分布到更广的面积。考虑到汽车和车辆应用，小石头、小物体或者水泥块或砖头的角是集中冲击载荷的典型示例。通常这些物体具有相对较小的半径（例如，大约10毫米的r），使得第四波纹表面94的节距和高度（例如H3）是周期性的，而波形表面波浪图案110已经设计成至少两个表面将接触这样的具有小半径的物体并且将来自该物体的载荷分散到更广的面积。
在冲击期间，被分配到波纹表面区域（如第四波纹表面94）上的能量或者冲击能量被耗散或弹性地存储，从而降低了冲击期间失效的可能性。在整体周期形状内存在波形表面波浪图案110增加了在小的高速冲击期间的第四波纹表面94的性能。弯曲增加了局部波纹的刚性和强度。
因此，本发明想到了一种包括支撑结构的用于车辆的耐冲击部件，其中该支撑结构包括在该支撑结构中形成的多个细长脊。每个各自的细长脊包括顶壁和两个侧壁。进而，所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开。支撑结构还包括沿着顶壁具有预定周期的波形表面，从而形成能够载重的波纹表面。支撑结构是耐冲击的。在某些变型中，支撑结构能够在以上之前描述的测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约20焦耳的冲击能量。在某些方面中，波形表面限定正弦波轮廓。在其它方面中，波形表面的预定周期小于或等于顶壁宽度的大约1/3。在所述多个细长脊中的各个细长脊之间的区域也可以具有波形表面。
在另一示例实施例中，特别参考图5A和图9，示出了第五波纹表面118。图5A示出了第五波纹表面118的剖视图，并且图9示出了实施在结构部件18内的第五波纹表面118。第五波纹表面118具有多个第五细长通道或波纹120，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁138分隔。每个第五波纹120可以包括顶侧122和底侧126、具有宽度WT5的顶壁130、具有高度H5的多个侧壁134。底壁138具有宽度WT5。侧壁134可以相对于从底壁138垂直延伸的直线A处于角度θ5。第五波纹表面118的宽度WT5和WB5和高度H5小于第一波纹表面56（图2）的宽度WT1和WB1和高度H1，以增加冲击期间吸收的能量。
例如，宽度WT5和WB5和高度H5可以是在第二波纹表面62的上下文中在上文描述的那些（如WT2、WB2、H2等）中的任意一个。第五波纹表面118的宽度WT5可以在大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米的范围内，宽度WB5可以在大于或等于大约20毫米至小于或等于大约40毫米的范围内，高度H5可以在大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米的范围内，可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约13毫米，并且角度θ5可以在大于或等于大约3度至小于或等于大约40度的范围内，可选地大于或等于大约3度至小于或等于大约10度，并且在某些变型中可选地大于或等于大约5度至小于或等于大约10度。
如上文所述，在某些变型中，材料包括复合材料，例如碳纤维增强热塑性聚合物复合材料。在某些方面中，复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些具体变型中，波纹侧壁134的高度（例如H5）与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
第五波纹表面118可以具有带有振动周期P6的整体周期形状。第五波纹表面118也可以具有配置在第五波纹120上的多个凸起142。凸起142可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在底侧126上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。通过“大体周期性轮廓”表示凸起142的图案是以规则间隔或距离彼此间隔开的，从而限定周期，不过可以想到间距具有少量变化（例如小于大约10%）。波浪图案的周期P7和高度H6小于限定第五波纹表面118的整体周期形状的周期P6和高度H5。应该注意，这里描述的任意实施例的凸起不仅限于所示数量、间距、放置或形状，因为在某些替代方面中可以想到变型。进而，凸起可以配置在除所示表面之外的表面上或者仅配置在某些选定波纹或底壁表面上，或者可以具有不同于所示图案的图案。
因此，第五波纹表面118包括第二波纹表面62和第三波纹表面90的某些特别期望的特征，并且将它们结合到单个波纹形状中。较矮的高度H5、较窄的宽度WT5和WB5以及减小的周期P6（例如，更大数量的波纹）允许增加冲击下的性能。在冲击期间，被分配到波纹表面区域（如第五波纹表面118）上的能量或者冲击能量被耗散或弹性地存储，从而降低了冲击期间失效的可能性。在整体周期形状内存在凸起142的波浪图案增加了在小的高速冲击期间的第五波纹表面118的性能。弯曲增加了局部波纹的刚性和强度。
图5B示出了类似于图5A中的第五波纹表面118的第六波纹表面118A的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第六波纹表面118A与图5A和图9的第五波纹表面118中的相同，因此为了简明将不在此重复。第六波纹表面118A具有多个第六细长通道或波纹120A，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁138A分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第五波纹表面118的相同。在第六底壁138A的底侧126A上配置有多个第一凸起142A（对于每个底壁示出为三个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。在第六波纹120A的顶侧122A上配置有多个第二凸起142B（每个波纹示出为三个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。凸起142A或142B可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧122A和底侧126A上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。在图5A中的第五波纹表面118设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图5B中的第六波纹表面118A设计。
图5C示出了类似于图5A中的第五波纹表面118的第七波纹表面118B的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第七波纹表面118B与图5A和图9的第五波纹表面118中的相同，因此为了简明将不在此重复。第七波纹表面118B具有多个第七细长通道或波纹120B，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁138B分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第五波纹表面118相同。在第七波纹120B和第七底壁138B的底侧126B上配置有多个第一凸起142C（每个波纹或底壁示出为一个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。在第七波纹120B的顶侧122B和底壁138B的顶侧122B上配置有多个第二凸起142D（每个波纹或底壁示出为两个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。凸起142C或142D可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧122B和底侧126B上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。在图5A中的第五波纹表面118设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图5C中的第七波纹表面118B设计。
图5D示出了类似于图5A中的第五波纹表面118的第八波纹表面118C的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第八波纹表面118C与图5A和图9的第五波纹表面118中的相同，因此为了简明将不在此重复。第八波纹表面118C具有多个第八细长通道或波纹120C，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁138C分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第五波纹表面118相同。在对应于第八波纹120C的区域中和底壁138C的底侧126C上配置有多个第一凸起142E（每个波纹或底壁示出为两个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。显著地，第八波纹表面118C的设计十分类似于图5C中的第七波纹表面118B的设计；然而，如图所示，在图5C中沿底侧126B每个第七波纹120B或底壁138B仅具有一个凸起142C，而在图5D中沿底侧126C每个第八波纹120C和底壁138C具有两个凸起142E。进而，在图5D中，在第八波纹120C和底壁138C的顶侧122C上配置有多个第二凸起142F（每个波纹或底壁示出为一个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。同样地，这类似于图5C中的第七波纹表面118B的设计；然而，如图所示，在图5C中在每个第七波纹120B和底壁138B的顶侧122B上具有两个第二凸起142D，而在图5D中在第八波纹120C和底壁138C的顶侧122C上仅具有一个第二凸起142F。图5D中的凸起142E或142F可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧122C和底侧126C上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。在图5A中的第五波纹表面118设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图5D中的第八波纹表面118C设计。
图5E示出了类似于图5A中的第五波纹表面118的第九波纹表面118D的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第九波纹表面118D与图5A和图9的第五波纹表面118中的相同，因此为了简明将不在此重复。第九波纹表面118D具有多个第九细长通道或波纹120D，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁138D分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第五波纹表面118相同。由第九波纹120D限定顶壁130D，其包括多个凸起142G（每个波纹或底壁示出为三个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。凸起142G在第九波纹120D的顶侧122D和底侧126D二者上从顶壁130D延伸或突出。进而，底壁138D同样包括多个凸起142G（示出为三个示例性凸起，不过不一定限于这个数量），其同样在顶侧122D和底侧126D二者上延伸或突出。凸起142G可以是在第九波纹表面118D的主体内形成的凸块或加厚区域，以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧122D和底侧126D上，在每侧（顶侧122D和底侧126D）均具有振动周期P7和高度H6。在图5A中的第五波纹表面118设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图5E中的第九波纹表面118D设计。
在另一示例实施例中，特别参考图6A和图10，示出了第十波纹表面146。图6A示出了第十波纹表面146的剖视图，并且图10示出了实施在结构部件18内的第十波纹表面146。第十波纹表面146具有多个第十细长通道或波纹148，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁166分隔。每个第十波纹148可以包括顶侧150和底侧154、具有宽度WT6的顶壁158、和具有高度H7的多个侧壁162。底壁166具有宽度WB6。侧壁162可以相对于从底壁166垂直延伸的直线A处于角度θ6。第十波纹表面146的宽度WT6和WB6和高度H7小于第一波纹58的宽度WT1和WB1和高度H1（图2），以增加冲击期间吸收的能量。
宽度WT6和WB6和高度H7可以是在第二波纹表面62的上下文中在上文描述的那些（如WT2、WB2、H2等）中的任意一个。仅作为示例，第十波纹表面146的宽度WT6可以在大于或等于大约20毫米至小于或等于大约35毫米的范围内，宽度WB6可以在大于或等于大约20毫米至小于或等于大约40毫米的范围内，高度H7可以在大于或等于大约10毫米至小于或等于大约18毫米的范围内，可选地大于或等于大约10毫米至小于或等于大约13毫米，并且角度θ6可以在大于或等于大约3度至小于或等于大约40度的范围内，可选地大于或等于大约3度至小于或等于大约10度，并且在某些变型中可选地大于或等于大约5度至小于或等于大约10度。第十波纹表面146可以具有带有振动周期P8的整体周期形状。
在某些方面中，支撑结构由复合材料形成，例如碳纤维增强的热塑性聚合物复合材料。在某些方面中，复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些具体变型中，波纹侧壁162的高度（例如H7）与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
第十波纹表面146也可以具有配置在第十波纹148上的多个凸起170。凸起170可以是以正弦周期性波浪图案配置在顶侧150上的凸块，具有振动周期P9和高度H8。第十波纹表面146可以基本上是第五波纹表面118，只不过在顶侧150上具有凸起170的波浪图案，而不是关于第五波纹表面118如图5A中所示在底侧154上。凸起170的波浪图案的周期P9和高度H8小于整体周期形状的周期P8和高度H7，以限定第十波纹表面146。
因此，第十波纹表面146包括第二波纹表面62和第三波纹表面90的某些特别期望的特征，并且将它们结合到单个波纹形状中。较矮的高度H7、较窄的宽度WT6和WB6以及减小的周期P8（例如，更大数量的波纹）允许增加冲击下的性能。在冲击期间，被分配到波纹表面区域（如第十波纹表面146）上的能量或者冲击能量被耗散或弹性地存储，从而降低了冲击期间失效的可能性。在整体周期形状内存在波浪图案的凸起170增加了在小的高速冲击期间第十波纹表面146的性能。弯曲增加了局部波纹的刚性和强度。
图6B示出了类似于图6A中的第十波纹表面146的第十一波纹表面146A的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第十一波纹表面146A与图6A和图10的第十波纹表面146中的相同，因此为了简明将不在此重复。第十一波纹表面146A具有多个第十一细长通道或波纹148A，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁166A分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第十波纹表面146的相同。在每个第十一波纹148A的底侧154A上配置有多个第一凸起170A（每个波纹示出为三个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。在第十一底壁166A的顶侧150A上配置有多个第二凸起170B（每个底壁示出为三个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。凸起170A或170B可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧150A和底侧154A上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。在图6A中的第十波纹表面146设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图6B中的第十一波纹表面146A设计。
图6C示出了类似于图6A中的第十波纹表面146的第十二波纹表面146B的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第十二波纹表面146B与图6A和图10的第十波纹表面146中的相同，因此为了简明将不在此重复。第十二波纹表面146B具有多个第十二细长通道或波纹148B，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁166B分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第十波纹表面146相同。在每个第十二波纹148B和每个底壁166B的底侧154B上配置有多个第一凸起170C（每个波纹或底壁示出为两个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。在第十二底壁166B和第十二波纹148B的顶侧150B上配置有多个第二凸起170D（每个波纹或底壁示出为一个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。凸起170C或170D可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧150B和底侧154B上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。在图6A中的第十波纹表面146设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图6C中的第十二波纹表面146B设计。
图6D示出了类似于图6A中的第十波纹表面146的第十三波纹表面146C的示例性替代实施例。在特征、设计和材料方面，第十三波纹表面146C与图6A和图10的第十波纹表面146中的相同，因此为了简明将不在此重复。第十三波纹表面146C具有多个第十三细长通道或波纹148C，其彼此间隔开预定间隔，由配置在其间的下部区域或底壁166C分隔。宽度WT5和WB5和高度H5可以与上文所述的第十波纹表面146相同。在第十三波纹148C和底壁166C的底侧154C上配置有多个第一凸起170E（每个波纹或底壁示出为一个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。显著地，第十三波纹表面146C的设计非常类似于图6C中的第十二波纹表面146B的设计；然而，如图所示，在图6C中，在每个第十二波纹148B和底壁166B的底侧166B上具有两个凸起170C，而在图6D中，在第十三波纹148C和底壁166C的底侧154C上仅具有一个凸起170E。进而，在第十三波纹148C的顶侧150C和底壁166C的顶侧150C上配置有多个第二凸起170F（每个波纹或底壁示出为两个示例性凸起，不过不一定限于这个数量）。同样地，这类似于图6C中的第十二波纹表面146B的设计；然而，如图所示，在图6D中，在每个第十三波纹148C和顶壁166C的顶侧150C上具有两个第二凸起170F，而在图6C中，在第十二波纹148B和底壁166B的顶侧150B上仅具有一个第二凸起170D。凸起170E或170F可以是以大体周期性轮廓即正弦且周期性波浪图案配置在顶侧150C和底侧154C上的凸块，具有振动周期P7和高度H6。在图6A中的第十波纹表面146设计的上下文中以上之前讨论的振动周期P6和P7、高度H6和其他尺寸及优点同样适用于图6D中的第十三波纹表面146C设计。
因此，本发明进一步想到了一种具有支撑结构的用于车辆的耐冲击部件，其中该支撑结构包括在该支撑结构中形成的多个细长脊。所述多个中的每个各自细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成能够载重的波纹表面。在所述多个细长脊上配置有多个凸起。所述多个凸起限定预定周期。在某些变型中，支撑结构可以包括复合材料。支撑结构是耐冲击的。例如，支撑结构能够在以上之前描述的测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约10焦耳的冲击能量。
在某些方面中，复合材料是包括聚合物和碳纤维的纤维增强复合物。结构部件可以是油箱防护罩、车底护罩、结构面板、内部底板、浅盘形底板、车顶、外部表面、存放区、杂物箱、控制台箱、行李箱、行李箱底板、卡车车厢及其任意组合。在某些方面中，车辆可以是卡车并且支撑结构可以是卡车车厢底板。在其它变型中，所述多个凸起进一步配置在所述多个细长脊中的各个细长脊之间的区域中。在某些方面中，凸起是凸块。
支撑结构包括第一侧和第二相对侧。所述多个凸起以大体周期性轮廓配置在第一侧或第二相对侧。在某些方面中，第一侧可以是顶面并且第二侧面可以是底面，并且所述多个凸起配置在：（i）底面上的第二侧面上，而第一侧的顶面是光滑的；（ii）顶面的第一侧，而第二侧的底面是光滑的；或者（iii）第一侧的顶面和第二相对侧的底面二者上。
在某些方面中，当多个凸起配置在第二侧的底面上（如图5A）时，支撑结构是耐冲击的。在某些方面中，支撑结构能够在以上之前描述的测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约10焦耳的冲击能量。在某些变型中，这样的耐冲击部件可以能够在起裂纹之前承受大于或等于大约11焦耳的冲击能量，可选地大于或等于大约12焦耳，可选地大于或等于大约13焦耳，并且可选地在产生任何裂纹之前承受大于或等于大约14焦耳的冲击能量。
在某些变型中，当多个凸起配置在第二侧的底面上（如图6A）时，支撑结构是耐冲击的。在某些变型中，支撑结构包括复合材料，例如碳纤维增强的热塑性聚合物复合材料。在某些方面中，复合材料具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些具体变型中，波纹侧壁的高度与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
在某些方面中，具有这种设计的支撑结构能够在以上之前描述的测试条件下在起裂纹之前承受大于或等于大约10焦耳的冲击能量。在某些方面中，这种耐冲击部件可以能够在起裂纹之前承受大于或等于大约11焦耳的冲击能量，可选地大于或等于大约12焦耳，可选地大于或等于大约13焦耳，可选地大于或等于大于14焦耳，可选地大于或等于大约15焦耳，可选地大于或等于大约16焦耳，可选地大于或等于大约17焦耳，可选地大于或等于大约18焦耳，可选地大于或等于大约19焦耳，可选地大于或等于大约20焦耳，可选地大于或等于大约21焦耳，并且在某些方面中可选地在产生任意裂纹之前承受大于或等于大约22焦耳的冲击能量。
示例1
在每个替代波纹设计上执行冲击测试。冲击测试包括使用0.5英寸撞锤和以上之前描述的测试在碳纤维增强复合材料的细长脊波纹（例如46）的中心C（如图2-图4和图5A和图6A中的每幅中所示）上施加冲击力。将具有波纹表面区域42的材料件固定到测试台。撞锤是0.5英寸直径的圆柱棒，其具有圆形或者半球形端部或尖端。增加力和/或距离，以便增加在使用撞锤撞击波纹时所施加的能量的量（E=F*d）。增加能量直到在波纹中形成裂纹。之后记录施加第一个裂缝的平均能量，以用于比较。下文的表格示出了用于每幅图的冲击测试的结果：
图号 – 波纹设计能量 (J)质量比（仅针对结构部件）
2 – 第一波纹表面41.0
2 –第二波纹表面121.25
3 –第三波纹表面201.31
4 –第四波纹表面221.32
5 –第五波纹表面141.24
6 –第十波纹表面211.24
如结果中所示，基线或者第一波纹表面56设计在4J的冲击能量下示出裂纹。第二波纹表面62比第一波纹表面56将裂纹能量提高到3倍。第三波纹表面90比第一波纹表面56将裂纹能量提高到4倍。第四波纹表面94比第一波纹表面56将裂纹能量提高到5倍。第五波纹表面118比第一波纹表面56将裂纹能量提高到3.5倍。第十波纹表面146比第一波纹表面56将裂纹能量提高到5倍。
虽然第二至第五和第十波纹表面均显示出耐冲击性比第一波纹表面中的常规设计的显著提高，不过基于冲击测试结果，第四波纹表面94和第十波纹表面146均示出了具有高耐冲击性的特别期望的波纹设计。针对结构部件18（或任意其他硬件）的波纹表面区域42选择的波纹设计可以是基于与这种冲击测试不同的测试结果而选择的，或者可以是基于仅其中一个是冲击测试的多个测试结果而选择的。如本领域技术人员意识到的那样，每个波纹设计可以针对不同测试表现得不同于其他波纹设计。
因此，在各个方面中，本发明提供了一种具有支撑结构的用于车辆的耐冲击部件，其中该支撑结构包括能够载重的波纹表面。波纹表面包括在其中形成的多个细长脊。所述多个中的每个各自的细长脊以预定间隔与所述多个中的相邻细长脊间隔开，以形成能够载重的波纹表面。
在某些优选方面中，支撑结构可以包括复合材料，例如包括聚合物和碳纤维的纤维增强复合物。在某些方面中，复合材料可以具有大于或等于大约20GPa至小于或等于大约30GPa的杨氏模数（E）。在某些具体变型中，波纹侧壁的高度与支撑结构材料的杨氏模数（E）的比大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约1mm/GPa，可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.75mm/GPa，并且在某些方面中可选地大于或等于大约0.4mm/GPa至小于或等于大约0.65mm/GPa。
支撑结构是耐冲击的，并且在以上之前描述的测试条件下在起裂纹之前能够承受大于或等于大约8焦耳的冲击能量，可选地大于或等于大约9焦耳，可选地大于或等于大约10焦耳，可选地大于或等于大约11焦耳，可选地大于或等于大约12焦耳，可选地大于或等于大约13焦耳，可选地大于或等于大约14焦耳，可选地大于或等于大约15焦耳，可选地大于或等于大约16焦耳，可选地大于或等于大约17焦耳，可选地大于或等于大约18焦耳，可选地大于或等于大约19焦耳，可选地大于或等于大约20焦耳，可选地大于或等于大约21焦耳，可选地大于或等于大约22焦耳，可选地大于或等于大约23焦耳，且在某些方面中，可选地在产生任何裂纹之前承受大于或等于大约24焦耳的冲击能量。
已经出于例示和描述之目的提供了实施例的以上描述。它并不旨在穷举或限制本发明。即使没有具体示出或描述，但具体实施例的单个元件或特征一般并不局限于该具体实施例，而是在适用的情况下可以互换并且能够在选定的实施例中使用。它们也可以以许多方式改变。这些变型并不认为偏离本发明，而是所有这些修改旨在都包括在本发明的范围内。