客车铝蜂窝地板的专利挖掘

娄松林

摘要：针对现有的客车铝蜂窝地地板不能很好地兼顾局部强度和整体轻量化的技术问题，本文通过大数据的浏览和针对性的辅助检索对蜂窝板的前沿技术进行梳理，并基于面向技术创新的专利挖掘策略，从蜂窝结构、成型方法等角度提出几点专利挖掘建议，为现代客车铝蜂窝地板的应用和进一步推广提供理论依据和技术支持。

1 客车铝蜂窝地板

蜂窝结构的基本原理就是工字梁的原理，但是工字梁属于开口薄壁截面梁，若外力作用面稍微偏离横截面的弯曲中心，就会引起严重的扭转破坏。为了提高抗扭刚度，又不增加质量，设想用多孔的夹芯代替工字梁的腹板，做成蜂窝形状的夹芯结构。因此，铝蜂窝结构实际上就是分散腹板的工字梁。随着汽车的发展和提速要求，铝蜂窝结构在高挡车、快速车、动车组及城轨车上得以广泛应用[1]，针对客车地板的力学要求对铝蜂窝复合材料的性能进行研究，是一个具有前瞻性的研究课题。

1.1铝蜂窝地板现有技术的检索

为保证客车铝蜂窝地板现有技术的检的准确性和全面性，首先以国内外大型蜂窝板的制造商和供应商为检索入口，对现有交通工具铝蜂窝地板的结构工艺进行大数据浏览；再借助国家知识产权局专业的数据库检索现有交通工具的铝蜂窝地板专利申请和前沿技术进行有针对性的辅助检索。

1）辅助检索涉及的主要分类号如表1-1所示。

2）检索涉及的中英文关键词

中文关键词：地板，蜂窝，隔音，隔热，轻质，强度

英文关键词：chassis，floor？，frame？，cellular，deafening，soundproof.

1.2铝蜂窝地板技术分解

铝蜂窝地板通常是由两块较薄表层铝板粘结在中间较厚的蜂窝状夹芯两面而制成的板材，具有隔音、隔热、环保等优良性能。根据蜂窝板的核心技术要素进行技术分解，确定若干个核心的技术特征（如表1-2所示）。

2 客车铝蜂窝地板专利技术挖掘

在充分考虑客车地板在行驶过程中会频繁受到交变载荷的作用和冲击等实际工况的基础上，本文采用“面向技术创新的专利挖掘策略”，拟提供一种基于拓扑优化全局密度映射的非均匀铝蜂窝结构，在实现客车地板轻量化的同时，有效提高其局部强度，并围绕其窝芯结构、加工方法等方面进行针对性的技术挖掘。

2.1面向技术创新的专利挖掘策略

从技术学的角度看，一项技术的发展主要有三个方向：

1）技术的纵向发展

一项技术的水平总是相对于某一时间而言的，技术的发展总是向其极限技术方向发展，比如液晶显示器屏幕清晰度的不断提升，使用寿命的不断延长等。当一项技术达到某一极限时又有新的替代技术产生，比如现在液晶电视屏幕逐渐取代了传统的电视屏幕。

2）技术的应用方向

一项技术总是由已知领域向未知的应用领域渗透，不断地开发出技术的新用途。比如，有的药物本是用于艾滋病的，结果后来发现有助于治疗其他疾病。

3）相关技术与材料的发展

一项技术不是孤立地发展，而是处于一个相关技术群中，技术与技术之间有着广泛的横向联系。一项技术的发展需要相应的工艺、制造技术和材料技术的支持，相关技术的发展会推动主导技术的发展。

2.2基于“非均匀分布型蜂窝的地板”的专利挖掘

非均匀分布的蜂窝地板，这种设计策略的发展很大程度是基于人们对自然结构的认识，蜂窝的非均匀分布会为结构的性能，尤其是多功能性能带来好处。由于非均匀分布型蜂窝地板的设计结果给制造工艺提出很大挑战，现阶段基于蜂窝地板设计还停留在理论和试验研究阶段[2]。随着拓扑优化技术和参数化设计逐渐被更多人认识和掌握，这种非均匀分布型的蜂窝设计一定会引起更多企业的重视和发展，而且不能排除其未来在客车产业中的应用前景，可提前进行专利布局。

1）一种轻量化-高强度的客车蜂窝地板

该创新建议的构思是：根据客车蜂窝地板的实际的承载状况，改变蜂窝密度的分布或孔径的大小。例如，增大座椅安装区域、过道等承载区域的蜂窝密度，以提高该区域的抗剪切强度；减小非承重区域的蜂窝密度，以实现节约材料和轻量化的目的，最终获得一种结构功能优化的客车蜂窝地板。

2）一种基于ANSYS的客车蜂窝地板的加工方法

通过ANSYS有限元分析及仿真等分析软件对传统客车蜂窝地板的承载区（座椅安装区域、过道等）和非承载区与进行应变、应力分析，最后依据分析结果，将蜂窝的密度分布或孔径大小精准地映射到客车地板上，从而获得上述的集轻量化和高强度于一身的客车蜂窝地板。

3）一种基于参数化技术的客车蜂窝地板的加工方法

Grasshopper是一种参数化设计软件，其采用简单的节点式可视化数据操作，具有动态显示参数调整的成果表达[3]。它为密度不均匀的蜂窝在客车地板的设计领域中的应用做铺垫。基于参数化技术以及拓扑优化技术，結合现有的光化、烧结、沉积、雕刻等相关加工工艺，可以实现对密度不均匀的客车蜂窝地板的蜂窝密度分布进行设置。

4）一种基于密度不均匀的客车蜂窝地板的加工工艺

密度不均匀分布型蜂窝地板属于异型材，给制造工艺提出很大挑战，建议企业基于设计结果，配合现有的光化、烧结、沉积、雕刻等加工工艺进行创新型研究，以实现这种非均匀分布型蜂窝的地板的加工。

参考文献：

[1]李先付，林森林.铝蜂窝技术及其在铁路客车上的应用[J].世界轨道交通，2005（3）：15-18.

[2]邢昊，拓扑优化密度映射的非均匀蜂窝结构设计方法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2017（4），734-741.

[3]戴欣伟，基于Grasshopper的参数化设计在产品设计中的应用探索[J].设计，2016年（11），122-123.