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复合材料薄壁结构抗撞性优化设计
| 论文题名： | 复合材料薄壁结构抗撞性优化设计 |
| 关键词： | 汽车;薄壁结构;吸能性能;抗撞性设计;复合材料 |
| 摘要： | 汽车碰撞安全问题一直以来都是国内外研究人员关注的问题之一，而提高汽车吸能构件的缓冲吸能性能是其中一个关键环节。随着复合材料的兴起和快速发展，因其高比吸能、比强度等优异性能而被广泛用于汽车领域，以替代传统金属材料。因此，研究复合材料结构的耐撞性（Crashworthiness）是很有必要的。本文采用理论计算、试验分析和有限元模拟的方法，对复合材料薄壁管的压缩性能进行了分析和研究，找到了一些影响复合材料薄壁圆管吸能性能的因素，并对圆管进行了以最大比吸能为目标的优化设计。本文主要研究内容如下： （1）介绍了复合材料力学和圆柱叠层壳经典理论等理论基础，对复合材料圆管进行了力学分析；简要介绍了优化设计理论和抗撞性优化问题。 （2）对复合材料圆管进行了准静态压缩实验，探究了倒角、铺层方式、泡沫填充等对其吸能的影响。得出以下结论：对圆管一端加工倒角可以有效降低初始峰值载荷；增加一定数量的轴向铺层可以有效增大圆管的比吸能；泡沫填充可以提高圆管的比吸能。 （3）根据试验数据利用LS-DYNA软件建立了试件的数值模型，探究了其中MAT54的失效参数，并且利用多层壳单元模拟对圆管的压溃模式。 （4）利用数值模拟的方法比较分析了同几何结构下金属、复合材料薄壁结构的吸能性能，分析总结了结构对吸能性能影响的规律，结论显示由于变形模式的不同，复合材料圆管的吸能性能优于复合材料方管和不同直径的圆锥管，而对于铝管来说，圆锥管的吸能性能却是最好的。之后以最大比吸能为目标，以圆管的内径、壁厚、铺层方式为变量进行优化设计。结论显示适当增加壁厚和减小直径可以提高圆管的比吸能。 |
| 作者： | 张哲绎 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 赵永生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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