婁松林

摘要：針對(duì)現(xiàn)有的客車鋁蜂窩地地板不能很好地兼顧局部強(qiáng)度和整體輕量化的技術(shù)問題，本文通過大數(shù)據(jù)的瀏覽和針對(duì)性的輔助檢索對(duì)蜂窩板的前沿技術(shù)進(jìn)行梳理，并基于面向技術(shù)創(chuàng)新的專利挖掘策略，從蜂窩結(jié)構(gòu)、成型方法等角度提出幾點(diǎn)專利挖掘建議，為現(xiàn)代客車鋁蜂窩地板的應(yīng)用和進(jìn)一步推廣提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 客車鋁蜂窩地板

蜂窩結(jié)構(gòu)的基本原理就是工字梁的原理，但是工字梁屬于開口薄壁截面梁，若外力作用面稍微偏離橫截面的彎曲中心，就會(huì)引起嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)破壞。為了提高抗扭剛度，又不增加質(zhì)量，設(shè)想用多孔的夾芯代替工字梁的腹板，做成蜂窩形狀的夾芯結(jié)構(gòu)。因此，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是分散腹板的工字梁。隨著汽車的發(fā)展和提速要求，鋁蜂窩結(jié)構(gòu)在高擋車、快速車、動(dòng)車組及城軌車上得以廣泛應(yīng)用[1]，針對(duì)客車地板的力學(xué)要求對(duì)鋁蜂窩復(fù)合材料的性能進(jìn)行研究，是一個(gè)具有前瞻性的研究課題。

1.1鋁蜂窩地板現(xiàn)有技術(shù)的檢索

為保證客車鋁蜂窩地板現(xiàn)有技術(shù)的檢的準(zhǔn)確性和全面性，首先以國內(nèi)外大型蜂窩板的制造商和供應(yīng)商為檢索入口，對(duì)現(xiàn)有交通工具鋁蜂窩地板的結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行大數(shù)據(jù)瀏覽；再借助國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專業(yè)的數(shù)據(jù)庫檢索現(xiàn)有交通工具的鋁蜂窩地板專利申請(qǐng)和前沿技術(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的輔助檢索。

1）輔助檢索涉及的主要分類號(hào)如表1-1所示。

2）檢索涉及的中英文關(guān)鍵詞

中文關(guān)鍵詞：地板，蜂窩，隔音，隔熱，輕質(zhì)，強(qiáng)度

英文關(guān)鍵詞：chassis，floor？，frame？，cellular，deafening，soundproof.

1.2鋁蜂窩地板技術(shù)分解

鋁蜂窩地板通常是由兩塊較薄表層鋁板粘結(jié)在中間較厚的蜂窩狀?yuàn)A芯兩面而制成的板材，具有隔音、隔熱、環(huán)保等優(yōu)良性能。根據(jù)蜂窩板的核心技術(shù)要素進(jìn)行技術(shù)分解，確定若干個(gè)核心的技術(shù)特征（如表1-2所示）。

2 客車鋁蜂窩地板專利技術(shù)挖掘

在充分考慮客車地板在行駛過程中會(huì)頻繁受到交變載荷的作用和沖擊等實(shí)際工況的基礎(chǔ)上，本文采用“面向技術(shù)創(chuàng)新的專利挖掘策略”，擬提供一種基于拓?fù)鋬?yōu)化全局密度映射的非均勻鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)客車地板輕量化的同時(shí)，有效提高其局部強(qiáng)度，并圍繞其窩芯結(jié)構(gòu)、加工方法等方面進(jìn)行針對(duì)性的技術(shù)挖掘。

2.1面向技術(shù)創(chuàng)新的專利挖掘策略

從技術(shù)學(xué)的角度看，一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展主要有三個(gè)方向：

1）技術(shù)的縱向發(fā)展

一項(xiàng)技術(shù)的水平總是相對(duì)于某一時(shí)間而言的，技術(shù)的發(fā)展總是向其極限技術(shù)方向發(fā)展，比如液晶顯示器屏幕清晰度的不斷提升，使用壽命的不斷延長(zhǎng)等。當(dāng)一項(xiàng)技術(shù)達(dá)到某一極限時(shí)又有新的替代技術(shù)產(chǎn)生，比如現(xiàn)在液晶電視屏幕逐漸取代了傳統(tǒng)的電視屏幕。

2）技術(shù)的應(yīng)用方向

一項(xiàng)技術(shù)總是由已知領(lǐng)域向未知的應(yīng)用領(lǐng)域滲透，不斷地開發(fā)出技術(shù)的新用途。比如，有的藥物本是用于艾滋病的，結(jié)果后來發(fā)現(xiàn)有助于治療其他疾病。

3）相關(guān)技術(shù)與材料的發(fā)展

一項(xiàng)技術(shù)不是孤立地發(fā)展，而是處于一個(gè)相關(guān)技術(shù)群中，技術(shù)與技術(shù)之間有著廣泛的橫向聯(lián)系。一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展需要相應(yīng)的工藝、制造技術(shù)和材料技術(shù)的支持，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展會(huì)推動(dòng)主導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展。

2.2基于“非均勻分布型蜂窩的地板”的專利挖掘

非均勻分布的蜂窩地板，這種設(shè)計(jì)策略的發(fā)展很大程度是基于人們對(duì)自然結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，蜂窩的非均勻分布會(huì)為結(jié)構(gòu)的性能，尤其是多功能性能帶來好處。由于非均勻分布型蜂窩地板的設(shè)計(jì)結(jié)果給制造工藝提出很大挑戰(zhàn)，現(xiàn)階段基于蜂窩地板設(shè)計(jì)還停留在理論和試驗(yàn)研究階段[2]。隨著拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)和參數(shù)化設(shè)計(jì)逐漸被更多人認(rèn)識(shí)和掌握，這種非均勻分布型的蜂窩設(shè)計(jì)一定會(huì)引起更多企業(yè)的重視和發(fā)展，而且不能排除其未來在客車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景，可提前進(jìn)行專利布局。

1）一種輕量化-高強(qiáng)度的客車蜂窩地板

該創(chuàng)新建議的構(gòu)思是：根據(jù)客車蜂窩地板的實(shí)際的承載狀況，改變蜂窩密度的分布或孔徑的大小。例如，增大座椅安裝區(qū)域、過道等承載區(qū)域的蜂窩密度，以提高該區(qū)域的抗剪切強(qiáng)度；減小非承重區(qū)域的蜂窩密度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料和輕量化的目的，最終獲得一種結(jié)構(gòu)功能優(yōu)化的客車蜂窩地板。

2）一種基于ANSYS的客車蜂窩地板的加工方法

通過ANSYS有限元分析及仿真等分析軟件對(duì)傳統(tǒng)客車蜂窩地板的承載區(qū)（座椅安裝區(qū)域、過道等）和非承載區(qū)與進(jìn)行應(yīng)變、應(yīng)力分析，最后依據(jù)分析結(jié)果，將蜂窩的密度分布或孔徑大小精準(zhǔn)地映射到客車地板上，從而獲得上述的集輕量化和高強(qiáng)度于一身的客車蜂窩地板。

3）一種基于參數(shù)化技術(shù)的客車蜂窩地板的加工方法

Grasshopper是一種參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，其采用簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)式可視化數(shù)據(jù)操作，具有動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)調(diào)整的成果表達(dá)[3]。它為密度不均勻的蜂窩在客車地板的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用做鋪墊?；趨?shù)化技術(shù)以及拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的光化、燒結(jié)、沉積、雕刻等相關(guān)加工工藝，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)密度不均勻的客車蜂窩地板的蜂窩密度分布進(jìn)行設(shè)置。

4）一種基于密度不均勻的客車蜂窩地板的加工工藝

密度不均勻分布型蜂窩地板屬于異型材，給制造工藝提出很大挑戰(zhàn)，建議企業(yè)基于設(shè)計(jì)結(jié)果，配合現(xiàn)有的光化、燒結(jié)、沉積、雕刻等加工工藝進(jìn)行創(chuàng)新型研究，以實(shí)現(xiàn)這種非均勻分布型蜂窩的地板的加工。

參考文獻(xiàn)：

[1]李先付，林森林.鋁蜂窩技術(shù)及其在鐵路客車上的應(yīng)用[J].世界軌道交通，2005（3）：15-18.

[2]邢昊，拓?fù)鋬?yōu)化密度映射的非均勻蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2017（4），734-741.

[3]戴欣偉，基于Grasshopper的參數(shù)化設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索[J].設(shè)計(jì)，2016年（11），122-123.