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基于泡沫铝的轿车B柱刚度优化及轻量化
| 论文题名： | 基于泡沫铝的轿车B柱刚度优化及轻量化 |
| 关键词： | 侧面碰撞;泡沫铝;轿车B柱;刚度优化;轻量化;耐撞性设计 |
| 摘要： | 在汽车常见碰撞类型中，侧面碰撞是造成损失较为严重的类型之一。汽车发生侧面碰撞时，B柱是承受和传递冲击载荷的主要部件，其抗撞性的提高对乘员保护和整车碰撞安全性的提高具有深远意义。泡沫铝作为一种兼具低密度、高比强度、高比刚度和良好吸能性能的新型材料，已被成功的应用于汽车领域内，因此可以通过将泡沫铝填入B柱实现其抗撞性的提高。 本文以一款轿车的B柱为研究对象，参照中国新车评价规程C-NCAP建立了整车侧面碰撞有限元模型，通过分析能量曲线和质量增加曲线，验证了分析模型的可信性。接着对B柱的变形进行了分析，提取B柱的侵入量、侵入速度曲线，并进行了详细的分析。 根据理想化假设，首先建立了体心立方泡沫铝单胞模型，考虑压缩过程中单胞之间的相互作用力，最终选择了由体心立方单胞模型周期性形成的27胞堆砌结构进行研究。利用LS-DYNA软件完成了泡沫铝准静态轴向压缩仿真，通过能量曲线分析和与已有实验数据进行对比，证明了所建泡沫铝模型的有效性，然后对泡沫铝的压缩力学性能和吸能性能进行了详细的研究分析。最后将仿真得出的孔隙率为76％的泡沫铝填充在空心圆形铝管中，通过与空心圆形铝管在吸能量和压缩位移量的对比，证明了泡沫铝填充结构具有优秀的吸能效果。 将泡沫铝填充于B柱中，借助正交试验和多因素权重优化方法，结合仿真所得泡沫铝参数，以泡沫铝的孔隙率、基体材料和B柱的厚度作为设计变量，侵入量及侵入速度作为评价指标，求解获得了泡沫铝填充B柱的最佳组合，实现了B柱的优化设计。优化结果表明，填充泡沫铝B柱结构的重量下降但刚度和吸能量在侧面碰撞中均有显著提高，为车辆侧面碰撞的耐撞性设计提供了可行性参考。 |
| 作者： | 周生波 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 焦学健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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