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帽型薄壁梁结构轴向压溃理论研究与结构优化
| 论文题名： | 帽型薄壁梁结构轴向压溃理论研究与结构优化 |
| 关键词： | 汽车;帽型薄壁梁;优化设计;变形模式;吸能效率;轴向压溃理论 |
| 摘要： | 汽车前纵梁等薄壁吸能结构的耐撞性能很大程度上影响着车身正面碰撞的被动安全性能。由于实际工程中帽型梁结构的复杂性，组成帽型梁的各部件间的材料、壁厚、周长通常并不相同，且为了满足安全、刚度、强度等方面性能需求，结构中会存在多个帽型结构的组合，而传统的帽型梁平均碰撞力的理论公式无法对这类结构进行预测。针对传统方法所存在的不足，本文基于超折叠单元理论，提出了通用的帽型梁结构轴向压溃理论，可准确预测异材、异厚通用帽型薄壁梁结构的平均压溃力。 薄壁梁结构的变形模式直接决定了其吸能效果的优劣，通常将变形模式划分为轴向压溃和弯曲变形两种。为得到更高的吸能效率，要尽可能确保结构发生稳定的轴向压溃变形。本文选取结构最不对称的单帽薄壁梁结构，针对结构和焊点两方面因素共计四个参数进行了研究，分析不同截面形式下结构的变形特点，研究不同变形产生的机理，并总结出结构发生稳定轴向压溃变形时各参数的合理设计范围。 在轴向压溃预测理论中，梁结构的截面周长被作为一个整体变量进行研究。但对试验及仿真结果研究发现，相同周长不同截面的梁结构，其变形形式及吸能特性并不相同。针对该问题，为了得到同截面周长下最优的截面形式，采用代理模型及多目标优化的方法对截面几何参数进行优化。本文选取某车型的前纵梁结构进行研究，以截面的宽度高度比值、翻边长度两个参数作为设计变量，以前纵梁的最大平均碰撞力和最小截面峰值力为响应，基于最优拉丁超立方方法得到试验设计方案，根据有限元结果并采用响应面方法构造代理模型。在代理模型的基础上，运用多目标遗传算法对宽高比及翻边长度两参数进行了优化，得到了最佳的截面设计形式。 将最优设计结果应用到该车型中，将正面碰撞仿真结果与原模型进行对比分析，其前纵梁变形特性、前隔板侵入量、车身加速度等关键性能指标均有了不同程度的提升，表明文中所采用的优化方法在前纵梁截面的正面碰撞设计中具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 樊涛 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 顾纪超;高晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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