Ударопоглощающее устройство автотранспортной техники с составными участками в форме катеноида

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к ударопоглощающим устройствам автотранспортной техники, реализующим пассивную систему гашения демпфирования ударной нагрузки.
Из уровня техники известны устройства, позволяющие гасить энергию удара при столкновениях, в частности дорожно-транспортных происшествиях (ДТП), называемые крашбоксами (также именуемые энергопоглощающими вставками), монтируемые между лонжероном автомобиля и жестким брусом бампера, либо платформ и «сэндвич-конструкций» на основе крашбоксов, служащих для десантирования тяжелой армейской бронетехники или входящих в состав энергопоглощающих барьеров. Все вышеупомянутые устройства представляют собой тонкостенные оболочечные конструкции или набор таковых, преимущественно в виде полых тонкостенных цилиндров, параллелепипедов, шести-восьмигранников в виде сот (например, JP 3007744, US 3841683, DE 19847743, DE 102016000599 А1, KR 20160033532 А, JP 2017124720 A CN 201810191809 A). Однако данные конструктивные решения не являются оптимальными с точки зрения либо недостаточно большой величины деформационного пути для гашения скорости в процессе столкновения ТС, либо формы самого крашбокса.
Кроме того, известен крашбокс в форме катеноида (патент RU 255871 C1, B60R 19/28, F16F 1/34 опубликован 10.07.2015) и полезная модель RU 175120 U1, B60R 19/28, опубликована 21.11.2017 - прототип, которые, сочетая преимущества тонкостенных оболочек и форму катеноида, обеспечивают более хорошие параметры демпфирования, по сравнению с вышеприведенными конструктивными решениями.
Однако у прототипа также есть недостатки, к которым следует отнести:
1) ограниченность соотношения размеров высота / габариты основания самого катеноида, при котором нельзя в полной мере реализовать все потенциальные возможности столь удачно выбранной формы объекта гашения по снижению энергетического уровня при соударении;
2) использование исключительно отрицательной Гауссовой кривизны. Как известно, крашбокс на транспортном средстве крепится между лонжероном и бамперным брусом, в силу чего имеет ограниченные конструктивные габариты монтажа. В частности размеры основания крашбокса в соотношении с габаритными местами посадки - на лонжерон и бамперный брус, не могут быть шире поперечных сечений последних. На платформах, используемых для десантирования армейской бронетехники или энергопоглощающих барьерах, как правило, используется сотовая конструкция (сопряженные между собой крашбоксы), что также накладывает ограничения на габариты изделия.
При таком расположении соединяемых крашбоксом деталей конструкций невозможно в полной мере реализовать максимально возможную длину для потенциальной деформации этого ударопоглощающего элемента, а также использовать заложенный при проектировании диапазон прочностных свойств соединения, и, следовательно, снижение энергетического уровня при восприятии ударной нагрузки ударопоглощающим устройством не достаточно эффективно.
Задача настоящей полезной модели заключается в реализации более значительного снижения энергетического уровня при соударении за счет использования более значительной величины продольного деформирования крашбокса при сохранении его посадочных габаритов и особенностей формы, в частности, сочетание положительной и отрицательной Гауссовой кривизны срединной поверхности, что позволит наиболее эффективно минимизировать последствия удара.
Техническим результатом предложенной полезной модели является наиболее эффективное снижение энергии удара при потенциальном соударении за счет применения составной оболочечной конструкции из чередующихся тонкостенных оболочек положительной и отрицательной Гауссовой кривизны срединной поверхности, близких к катеноиду, а также экономия материала по сравнению с существующими серийными ударопоглощающими вставками в виде полых тонкостенных цилиндров, параллелепипедов или шести-восьмигранников.
Техническим решением предложенной полезной модели является применение составной тонкостенной оболочечной конструкции из двух оболочек, близких по форме к катеноиду, сочетающих положительную и отрицательную Гауссову кривизну срединной поверхности, что позволяет эффективно и в наиболее полной мере использовать длину (высоту) данного составного энергопоглощающего элемента для деформации вследствие соударения. То есть помимо уменьшения массы, обеспечивается возможность большего взаимного сближения концов крашбокса при его деформации (а в составной конструкции энергопоглощающего барьера также без значительной потери устойчивости сопряженных между собой составных крашбоксов), что положительно скажется на значении максимального замедления и повышении энергоемкости ударозащитной конструкции.
Полезная модель поясняется фиг. 1-3, на которых показаны: фиг. 1 - обычный крашбокс в форме катеноида с геометрическими параметрами: R - внешний радиус тонкостенной оболочки; r - внутренний радиус тонкостенной оболочки; Н - высота крашбокса; h - толщина стенки крашбокса; δ - максимальное отклонение срединного слоя от посадочного габарита;
фиг. 2 - вариант составной конструкции крашбокса из двух частей;
фиг. 3 - вариант сопряжения предлагаемой составной формы крашбокса.
Пример работы устройства. При потенциальном соударении с неподвижным или движущимся препятствием, крашбокс или конструкция в виде энергопоглощающего барьера на основе сопряженных крашбоксов начинает деформироваться в направлении высоты Н, реализуя при этом всю максимально возможную длину (высоту) данного составного энергопоглощающего элемента; при этом в процесс снижения последствий соударения включается как увеличенная длина элемента благодаря составным частям, так и специфическая форма поперечного сечения, благодаря которой происходит увеличение энергии упруговязких деформаций и, как результат, снижение жесткости всей конструкции ударопоглощающего устройства.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет эффективно и в наиболее полной мере обеспечить гашение ударной нагрузки, повысить степень снижения энергетического уровня при соударении и, тем самым, либо минимизировать степень травмирования участников ДТП - водителя, пассажиров ТС, пешеходов - в случае использования в виде крашбокса или энергопоглощающего барьера.
Литература
1. Ударозащитное устройство с пассивной системой демпфирования. Патент РФ на изобретение №2555871. Опубл. 10.07.2015 г. Бюл. №19. Авторы: Богданов В.В., Богомольный В.М. Патентообладатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)». Открытое издание.
2. Крашбокс транспортного средства с овальным основанием и в форме катеноида. Описание полезной модели к патенту RU 175120 U1. Опубл. 21.11.2017 г. Бюл. №33. Авторы: Богданов В.В., Чабунин И.С. Патентообладатель: федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования военный учебно-научный центр сухопутных войск «Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации». Открытое издание.