面向列车编组运行的多向承载蜂窝防爬器的设计与碰撞吸能研究

20250107

交通运输、仓储和邮政业

运用选择性激光烧结的3D打印技术完成了多向承载尼龙波纹蜂窝的试件制备，新型蜂窝结构解决了传统蜂窝只能单向吸能的弊端，多向承载承载蜂窝共面承载能力达到了异面的60%以上，异面方向的承载降低小于30%。新型蜂窝可应用于车辆、船舶、飞机等的碰撞安全防护，实现不同碰撞冲击方向的缓冲吸能防护。目前，新型蜂窝结构已经完成实验室3D打印试制，尚未转化。

该科技成果已经具备完成了实验室阶段的前期理论研究和验证，今后进行转化，根据成果转化需要，配备所需的资金和研发场地，并配备所需的大型3D打印机等，并根据转化领域不同，配备对应的加工设备。人员方面需要根据转化需要，配备相应领域的专业设计人员，以保证新型蜂窝部件能够满足承载能力、空间、质量等方面的要求。另外，还需要根据转化需要配备生产和办公场所，配套所需资金。

可国（境）内外转让

新型蜂窝结构打破传统蜂窝胞壁空间分布的单一方向性，同时在共面方向引入承载能力更强的折弯角结构。新型蜂窝结构在共面方向压缩时会获得更有效的等效支撑结构，从而提高共面方向的吸能能力，进一步缩小共面与异面承载能力的差距。新型蜂窝结构，具有多向承载等优点。新型蜂窝结构具有列车防爬器、车辆飞机防撞填充等多种不同的转化方向。例如：新型蜂窝作为填充芯设计防爬器，从而突破传统抽屉式蜂窝防爬器占用空间大的问题，提高防爬器在编组列车碰撞中的吸能效率，保障列车碰撞时司机和乘客的安全。新型蜂窝的转化具有广阔的应用前景，应用后可更加有效的进行碰撞安全防护，降低各种碰撞的经济损失，减少人员伤亡，从而取得良好的社会效益。

北京市自然科学基金丰台前沿项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本科技成果来自北京市自然科学基金丰台前沿项目。本项目首先建立了多向承载波纹蜂窝受不同方向压缩时平台应力理论模型。理论模型的建立能够快速计算波纹蜂窝在不同压缩方向下的平台应力，理论模型对异面平台应力的预测平均误差在3%左右，对共面平台应力预测的平均误差在8.2%左右，从而为工程设计提供即时反馈，相比传统的实验方法或有限元仿真，理论模型计算速度更快，可以快速评估不同设计方案的优劣，设计周期极大缩短；接下来建立了多向承载波纹蜂窝原样仿真模型和等效仿真，建立的原样蜂窝仿真模型可以在不进行实际试验的情况下，对波纹蜂窝的力学性能、吸能特性等进行详细分析，仿真结果能够准确预测波纹蜂窝在不同加载条件下的行为，预测的平台应力在异面和共面的平均误差约为7.7%左右，为设计者提供优化设计的依据，建立的波纹蜂窝等效模型可以在保证计算精度的前提下，大幅度提高计算效率，从而大幅度减小计算成本，预测的平台应力的平均误差为8.1%左右，从而为蜂窝结构的实际工程应用提供模型工具。两部分模型相互补充，既可以保证计算精度也可以提高计算效率，降低研发成本和试验周期。最后，通过选择性激光烧结的3D打印技术完成了多向承载尼龙蜂窝的试件制备，该部分新型蜂窝结构解决了传统蜂窝只能单向吸能的弊端，多向承载蜂窝共面承载能力达到了异面的60%以上，异面方向的承载降低小于30%，有望应用于碰撞安全防护领域，例如应用于列车防爬器时，可以解决传统蜂窝防爬器必须安装导引结构的问题，节省防爬器的安装空间，也有望转化在碰撞冲击方向不确定的缓冲吸能领域。