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薄壁双帽型管的轻量化设计及耐撞性研究
| 论文题名： | 薄壁双帽型管的轻量化设计及耐撞性研究 |
| 关键词： | 汽车车身;双帽型薄壁管;轻量化设计;耐撞性 |
| 摘要： | 随着人们生活水平的不断提高，汽车数量大幅增加，随之而来的是交通事故频发。汽车安全越来越受到人们的重视，而提高汽车的被动安全性是提高汽车安全的重要举措也是汽车设计的关键环节。同时，为了节能减排，缓解能源危机，汽车设计过程中应当兼顾汽车轻量化。一些新型的轻量化材料如:镁合金、铝合金、碳纤维等在提高汽车安全性和实现汽车轻量化方面体现出巨大的优势。 双帽型薄壁管是汽车车身中常用吸能元件，汽车碰撞过程中，尤其是侧面碰撞时，吸能件经常会发生弯曲变形，因此进行双帽型薄壁管横向耐撞性能研究及轻量化设计具有重要的现实意义。 本文首先进行了钢板和镁合金的材料性能试验，分别获得了其应力-应变曲线。然后，设计了单一材料的钢双帽型管的准静态三点弯曲试验，并进行了有限元仿真模拟及对标验证。通过有限元模拟分析了双帽型管的吸能特点，变形模式，研究了厚度对双帽型管结构耐撞性的影响规律，研究发现:在保证结构质量不变的情况下，合理搭配上帽和下帽的厚度能够显著改善双帽型管的吸能能力。 为了实现传统的钢双帽型管的轻量化，引入了镁合金双帽型管。为研究其横向耐撞性，对镁合金双帽型管进行了准静态三点弯曲试验，同时进行了有限元仿真模拟及分析。结果显示:镁合金双帽型管的变形模式和钢双帽型管大致相同，但是，镁合金双帽型管在受载时出现了局部断裂，这种变形模式某种程度上限制了其吸能能力。为了研究镁合金双帽型管的轻量化效果，对镁合金双帽型管进行了多目标优化，结果表明:镁合金双帽型管相比传统的钢双帽型管体现出良好的轻量化优势，但是，要达到和钢双帽型管相同的吸能值，所需的结构厚度太厚。 由此，为了结合钢双帽型管良好的承载能力以及镁合金双帽型管的轻量化优势，引入了钢-镁混合双帽型管，对两种混合管进行了准静态三点弯曲试验和有限元仿真分析，并以上帽和下帽的厚度为变量，并对混合管进行了多目标优化。结果证明:无论从减重效果还是耐撞吸能方面，钢/镁混合管（上钢下镁管）的综合表现都明显优于镁/钢混合管（上镁下钢管）。相比传统的单一材料的双帽型管，上钢下镁混合管综合了钢和镁合金各自的优势，一方面可以明显提高结构的耐撞吸能能力，另一方面又具有良好的轻量化效果，所以上钢下镁混合管作为一种良好的耐撞性组件，可以在汽车车身上加以应用。 |
| 作者： | 张辉 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 郑国君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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