本發(fā)明屬于薄壁金屬管緩沖吸能防撞領(lǐng)域，具體涉及一種鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管。

背景技術(shù)：

管狀金屬結(jié)構(gòu)具有簡單有效的形狀、易于加工和裝配的成形工藝、低的成本、輕的質(zhì)量及良好的吸能特性，因而廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、建筑、船舶、石油和天然氣等領(lǐng)域耗散動能的能量吸收，其中，以汽車車身的碰撞安全設(shè)計應(yīng)用研究最為廣泛。

關(guān)于管狀金屬用于吸能防撞，圍繞著致密金屬薄壁管的截面形狀(三角形、四邊形、六邊形、八邊形)、金屬薄壁管的厚度(錐形、功能梯度)、金屬薄壁管填充(泡沫鋁、蜂窩、空心球)及多胞金屬薄壁管(管中插入各組合形式的薄壁結(jié)構(gòu))進(jìn)行了大量的創(chuàng)新。上述方法在增強(qiáng)管狀金屬結(jié)構(gòu)吸能防撞能力的同時，增加了結(jié)構(gòu)重量，結(jié)構(gòu)剛性的增強(qiáng)使得結(jié)構(gòu)的初始壓潰峰值大大增加。

初始壓潰峰值是管狀金屬結(jié)構(gòu)用于壓縮吸能防撞存在的一個不可忽視的缺點，其呈現(xiàn)為一個很大的初始值，比平均壓縮力高很多。根據(jù)頭部傷害指標(biāo)，初始壓潰峰值可能使結(jié)構(gòu)在發(fā)揮緩沖吸能作用前，傳遞至被保護(hù)對象上的載荷超過其耐受性，而造成嚴(yán)重破壞。

為了優(yōu)化管狀結(jié)構(gòu)緩沖吸能性能需降低結(jié)構(gòu)的初始壓潰峰值，目前已出現(xiàn)一些降低峰值的措施，如在管壁上沿軸向進(jìn)行定距打孔、沿管內(nèi)外表面沿某一間隔加工矩形凹槽、外表面形成折痕、或采用波紋管，在管壁上形成柔性結(jié)構(gòu)，以誘導(dǎo)管結(jié)構(gòu)在軸向載荷下易發(fā)生褶皺變形，從而降低結(jié)構(gòu)的初始壓潰峰值。上述方法在降低結(jié)構(gòu)初始壓潰峰值的同時，減輕結(jié)構(gòu)的重量，但也降低了整體結(jié)構(gòu)的剛度和承載力，尤其對管結(jié)構(gòu)徑向剛度及側(cè)向斜向抗沖擊性產(chǎn)生了極大的削弱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管，從緩沖吸能和輕量化的角度出發(fā)，保證徑向結(jié)構(gòu)剛度和承載能力的同時，軸向、側(cè)向及斜向抗沖擊能力增強(qiáng)，實現(xiàn)輕質(zhì)、整體剛性、良好吸能和低沖擊力峰值的有機(jī)融合，實現(xiàn)了一種輕質(zhì)多孔薄壁耦合吸能。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案如下：

鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管，包括至少一個鉤織多孔金屬管和至少一個薄壁金屬管，所述鉤織多孔金屬管與薄壁金屬管間隔式套合，鉤織多孔金屬管與薄壁金屬管之間的連接關(guān)系為緊配合或具有高結(jié)合強(qiáng)度的冶金結(jié)合及高分子粘結(jié)。

所述冶金結(jié)合為固相燒結(jié)、真空液相燒結(jié)、真空釬焊或者浸漬釬焊。

所述高分子粘結(jié)為高強(qiáng)度耐沖擊粘接鋼鐵銅鋁金屬專用的丙稀酸結(jié)構(gòu)膠。

所述薄壁金屬管的材料為鋼或者鋁合金，截面形狀為圓形、三角形、方形或者六邊形，形狀為直管或錐度管。

所述鉤織多孔金屬管為柔性管，通過鉤編直接成形，或者通過鉤編、纏繞、縫編復(fù)合工藝成形，具有很好的柔韌性。當(dāng)然，本柔性管也可為柔性片通過鉤編成四邊形，再縫合成管狀。

所述鉤織多孔金屬管為剛性管，通過鉤編直接成形，或者通過鉤編、纏繞、縫編復(fù)合工藝形成柔性管，而后在脹緊力作用下，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，真空固相燒結(jié)強(qiáng)化形成剛性管，剛性管中繩骨架鉤接點處形成大量冶金結(jié)合點。當(dāng)然，本剛性管也可為剛性片通過鉤編成四邊形，而后通過拉緊力作用下，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，真空固相燒結(jié)強(qiáng)化形成剛性管。

所述鉤編為：以直徑為0.2mm和0.3mm，結(jié)構(gòu)為1×7，由7根鋼絲捻制而成的不銹鋼304或316多股超細(xì)軟鋼絲繩為基材，或以直徑為0.5mm和0.8mm，結(jié)構(gòu)為7×7，由49根鋼絲捻制而成的不銹鋼304或316多股超細(xì)軟鋼絲繩為基材。

相互鉤織、多重互鎖，且自身也為有序微孔結(jié)構(gòu)，宏觀孔大小及結(jié)構(gòu)靈活多變，孔密度可呈任意梯度變化，具有良好的徑向韌性和抗沖擊，整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為多孔柔性。超細(xì)軟不銹鋼繩具有優(yōu)異的柔韌性，不僅可以進(jìn)行任意鉤織成形，而且為復(fù)合管的多孔結(jié)構(gòu)層提供了具有較強(qiáng)抗拉和抗側(cè)向沖擊能力的繩骨架。

復(fù)合管包括一個鉤織多孔金屬管和一個薄壁金屬管，所述鉤織多孔金屬管位于薄壁金屬管內(nèi)表面或者外表面。

或者，復(fù)合管包括兩個鉤織多孔金屬管和一個薄壁金屬管，所述兩個鉤織多孔金屬管分別位于薄壁金屬管內(nèi)外表面。

或者，復(fù)合管包括兩個薄壁金屬管和一個鉤織多孔金屬管，所述兩個薄壁金屬管分別位于鉤織多孔金屬管內(nèi)外表面。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點：

1、本鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管，實現(xiàn)輕質(zhì)、整體剛性、良好吸能和低沖擊力峰值的有機(jī)融合，實現(xiàn)了一種輕質(zhì)多孔薄壁耦合吸能；工藝步驟簡單，操作方便，實施容易，生產(chǎn)成本較低，易制成結(jié)構(gòu)件進(jìn)行使用，為防撞領(lǐng)域提供了一種新思路和新方案。

2、本鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管，鉤織多孔金屬管為柔性管，鉤織多孔金屬管與薄壁金屬管的復(fù)合增強(qiáng)了薄壁管的韌性，整體具有較強(qiáng)的韌性，主要用于抗側(cè)向沖擊吸能、抗側(cè)向彎曲及彎曲疲勞。

3、本鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管，鉤織多孔金屬管為剛性管，改變緩沖吸能模式，軸向及徑向剛性增強(qiáng)，軸向、側(cè)向及斜向抗沖擊能力增強(qiáng)，側(cè)向抗彎曲能力及彎曲疲勞能力增強(qiáng)，具有整體剛性，高韌性，全方位的抗沖擊性能。

4、本鉤織多孔與薄壁層狀金屬復(fù)合管表現(xiàn)為鉤織多孔結(jié)構(gòu)吸能、界面吸能與薄壁金屬管吸能的耦合吸能，有豐富的吸能模式，高的吸能效率。

5、多孔結(jié)構(gòu)層組織結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的可塑性：鉤編僅需通過一支鉤針可將單根繩直接鉤織成一種鏤空組織的多孔管狀結(jié)構(gòu)，變換鉤織路徑和鉤針大小，可隨心所欲的實現(xiàn)鉤織多孔金屬管的孔結(jié)構(gòu)和孔密度的無窮變化。

6、鉤織層厚度可靈活設(shè)計和控制，由于鉤編與纏繞、縫編工藝的使用。鉤織多孔金屬管的工藝簡單易行、靈活多變、生產(chǎn)成本低、易實現(xiàn)復(fù)合管多孔層孔結(jié)構(gòu)的千變?nèi)f化。

附圖說明

圖1為層狀復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意剖視圖(外為鉤織多孔金屬管1，內(nèi)為薄壁金屬管2)。

圖2為層狀復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意剖視圖(內(nèi)為鉤織多孔金屬管1，外為薄壁金屬管2)。

圖3為層狀復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意剖視圖(內(nèi)外為鉤織多孔金屬管1，中間為薄壁金屬管2)。

圖4為層狀復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意剖視圖(內(nèi)外為薄壁金屬管2，中間為鉤織多孔金屬管1)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

柔性不銹鋼繩的鉤織多孔金屬管套在薄壁金屬管的外表面，通過脹緊配合直接形成層狀復(fù)合管，如圖1所示，包括外層的鉤織多孔金屬管1和內(nèi)層的薄壁金屬管2。截面形狀為圓形、三角形、四邊形、六邊形直管或錐度管。薄壁金屬管的材料可為不銹鋼或鋁合金。

實施例2

與實施例1不同的是，本實施例中，鉤織多孔金屬管為剛性：柔性不銹鋼繩鉤織多孔金屬管，內(nèi)插入陶瓷棒，于1200℃～1330℃，保溫2～3h真空固相燒結(jié)形成。鉤織多孔金屬管與薄壁金屬管采用過緊配合形成復(fù)合管。

實施例3

本實施例在接觸面上刷高強(qiáng)度高分子粘接劑，常溫下24小時全固化，進(jìn)行高分子粘結(jié)形成層狀復(fù)合管。鉤織多孔金屬管為柔性。

實施例4

與實施例3不同的是，鉤織多孔金屬管為剛性。鉤織多孔柔性管在脹緊力作用下，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，真空固相燒結(jié)強(qiáng)化形成剛性管，剛性管中繩骨架鉤接點處形成大量冶金結(jié)合點。

當(dāng)然，本剛性管也可為剛性片通過鉤編成四邊形，而后通過拉緊力作用下，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，真空固相燒結(jié)強(qiáng)化形成剛性管。

實施例5

柔性不銹鋼繩的鉤織多孔金屬管套在薄壁金屬管的外表面，置于真空燒結(jié)爐中，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，進(jìn)行冶金結(jié)合形成層狀復(fù)合管。薄壁金屬管為不銹鋼管。

實施例6

柔性不銹鋼繩的鉤織多孔金屬管套在薄壁金屬管的外表面，結(jié)合面上噴上低熔點合金，采用瞬時真空液相燒結(jié)，形成層狀復(fù)合管。薄壁金屬管的材料可為不銹鋼或鋁合金。

實施例7

與實施例6不同的是，本實施例中，鉤織多孔金屬管為剛性。

實施例8

柔性不銹鋼繩的鉤織多孔金屬管套在薄壁金屬管的外表面，采用真空釬焊或浸漬釬焊，形成層狀復(fù)合管。

實施例9

與實施例8不同的是，本實施例中，鉤織多孔金屬管為剛性。

實施例10-18

與實施例1-9不同的是，薄壁金屬管套在不銹鋼繩鉤織多孔柔性金屬管的外表面，如圖2所示，包括外層薄壁金屬管2和內(nèi)層鉤織多孔金屬管1。

實施例19

薄壁金屬管套在柔性不銹鋼繩的鉤織多孔金屬管的外表面，鉤織多孔金屬管插入陶瓷棒，使鉤織多孔金屬管與薄壁金屬管脹緊，于真空燒結(jié)爐中，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，冶金結(jié)合形成層狀復(fù)合管，薄壁金屬管僅為不銹鋼管。

實施例20

薄壁金屬管內(nèi)外表面設(shè)置鉤織多孔金屬管，貼緊配合，接合面上刷高強(qiáng)度高分子粘接劑(高強(qiáng)度耐沖擊粘接鋼鐵銅鋁金屬專用的丙稀酸結(jié)構(gòu)膠)，常溫下24小時全固化，形成層狀復(fù)合管，如圖3所示，包括外層鉤織多孔金屬管1，中間層薄壁金屬管2和內(nèi)層鉤織多孔金屬管1。薄壁金屬管材料為不銹鋼或者鋁合金。

實施例21

薄壁金屬管內(nèi)外表面設(shè)置鉤織多孔金屬管，貼緊配合，而后插入陶瓷棒，使內(nèi)層鉤織多孔金屬管緊貼于薄壁金屬管，真空燒結(jié)爐中于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，形成層狀復(fù)合管，薄壁金屬管僅為不銹鋼管。

實施例22

薄壁金屬管內(nèi)外表面設(shè)置鉤織多孔金屬管，貼緊配合，內(nèi)外接合面上噴上低熔點合金，采用瞬時真空液相燒結(jié)，形成層狀復(fù)合管，薄壁金屬管材料為不銹鋼或者鋁合金。

實施例23

薄壁金屬管內(nèi)外表面設(shè)置鉤織多孔金屬管，貼緊配合，采用真空釬焊或浸漬釬焊，形成層狀復(fù)合管。薄壁金屬管材料為不銹鋼或者鋁合金。

實施例24-28

與實施例19-23不同的是，鉤織多孔金屬管為剛性。

實施例29-33

與實施例19-23不同的是，薄壁金屬管與鉤織多孔金屬管的位置互換，即2個薄壁金屬管和1個鉤織多孔金屬管，層狀復(fù)合管如圖4所示，包括外層薄壁金屬管2，中間層鉤織多孔金屬管1和內(nèi)層薄壁金屬管2。

實施例34

鉤織多孔金屬管可以為多個鉤織多孔圈，通過鋼絲繩進(jìn)行縫編。

實施例35

鉤織多孔金屬管可以為多個鉤織多孔圈，附于陶瓷圓管單圈重疊，交接處采用鋼絲繩進(jìn)行縫編，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷。

實施例36

鉤織多孔金屬管可以為雙層織物，沿條干間距紋路縫編。

實施例37

鉤織三片(四片、六片)鉤織片，鉤織片之間進(jìn)行縫編，緊套在三角形(四邊形、六邊形)陶瓷管外，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，形成多孔剛性片。

實施例38

鉤織多孔金屬管為：鉤織多孔帶傾斜方式緊密纏繞在薄壁金屬管外表面，兩端焊接。

實施例39

鉤織多孔金屬管為：鉤織四邊形片，依附于薄壁金屬管纏繞一周，于交接處采用鋼絲繩縫編，縫合成管狀。

實施例40

鉤織三片(四片、六片)鉤織片，鉤織片之間進(jìn)行縫編，緊套在三角形(四邊形、六邊形)陶瓷管外。

實施例41

在緊配合的方式中，可以在薄壁金屬管與鉤織多孔金屬管之間，可沿軸向插入不銹鋼或鋁合金毛細(xì)管或金屬棒。

實施例42

不銹鋼繩鉤織四邊形片，依附于陶瓷圓管纏繞一周，于交接處采用鋼絲繩縫編，于1200℃～1330℃燒結(jié)，保溫2～3h，隨爐冷，形成多孔剛性管。

實施例43

以直徑為0.5mm的超細(xì)軟304不銹鋼鋼絲繩為原材料(結(jié)構(gòu)為7×7，由49根鋼絲繩捻制而成)，采用直徑為3.5mm的鉤針，起16針，短針同向鉤織法鉤織多孔金屬管，將其與6063-T4鋁合金薄壁管(直徑30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用過緊配合直接形成層狀復(fù)合管。

實施例44

以直徑為0.5mm的超細(xì)軟304不銹鋼鋼絲繩為原材料，采用直徑為3.5mm的鉤針，起16針，短針同向鉤織法鉤織多孔金屬管，將其與6063-T4鋁合金薄壁管(直徑30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用過緊配合直接形成層狀復(fù)合管。

實施例45

以直徑為0.5mm的超細(xì)軟304不銹鋼鋼絲繩為原材料，采用直徑為3.5mm的鉤針，起16針和14針，短針同向鉤織法分別鉤織機(jī)外層和內(nèi)層多孔金屬管，將其與6063-T4鋁合金薄壁管(直徑30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用內(nèi)外過緊配合直接形成層狀復(fù)合管。

實施例46

以直徑為0.5mm的超細(xì)軟304不銹鋼鋼絲繩為原材料，采用直徑為3.5mm的鉤針，起16針，短針同向鉤織法鉤織多孔金屬管，將其與6063-T4鋁合金薄壁管(直徑30mm，高度60mm，壁厚1mm)采用過緊配合，而后通過旋轉(zhuǎn)壓入6063-T4鋁合金薄壁管(直徑27.6mm，高度60mm，壁厚1mm)，形成層狀復(fù)合管，如圖4所示。

實施例47

以直徑為0.5mm的超細(xì)軟304不銹鋼鋼絲繩為原材料，采用直徑為3.5mm的鉤針，起16針，短針同向鉤織法鉤織多孔金屬管，與304不銹鋼管(直徑30mm，高度60mm，壁厚1mm)脹緊配合，后于真空燒結(jié)爐中高溫固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1300℃，保溫3小時，隨爐冷，實現(xiàn)冶金結(jié)合，形成層狀復(fù)合管。

實施例48

以直徑為0.5mm超細(xì)軟304不銹鋼鋼絲繩為原材料，采用直徑為3.5mm的鉤針，起16針，短針同向鉤織法鉤織多孔金屬管，沿軸向插入外徑1mm，壁厚0.35mm的304不銹鋼毛細(xì)管，作為增強(qiáng)骨架，形成緊配合，將其與304不銹鋼金屬管(直徑30mm，高度60mm，壁厚1mm)脹緊配合后，于真空燒結(jié)爐中高溫固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1300℃，保溫3小時，隨爐冷，實現(xiàn)冶金結(jié)合，形成帶骨架增強(qiáng)的層狀復(fù)合管。

上述實施例中鉤織多孔金屬管、薄壁金屬管、毛細(xì)管，復(fù)合前均應(yīng)于5％鹽酸溶液中清洗，浸泡時間為5～15分鐘，取出后用清水沖洗干凈，最后烘干。

上述為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。