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功能梯度强度热冲压薄壁结构抗撞性优化研究
| 论文题名： | 功能梯度强度热冲压薄壁结构抗撞性优化研究 |
| 关键词： | 汽车车身;热冲压成形;薄壁结构;梯度强度结构;抗撞性能 |
| 摘要： | 随着汽车轻量化研究不断地深入，具有梯度强度性能零部件（FGS）也得到了广泛关注与应用。目前，通过高强度钢板热冲压技术已经实现了梯度力学性能零部件的生产，可以实现汽车轻量化的同时提高汽车的被动安全性。但是，如何基于热冲压成形技术，设计具有功能梯度强度结构的汽车车身零部件，目前还没有获得广泛的研究。本文基于热冲压成形工艺制备具有梯度强度薄壁结构，分析了梯度强度系数m、顶部强度S和碰撞角度α对梯度强度热冲压薄壁结构抗撞性能的影响，并基于相关优化方法开展了基于性能的优化仿真研究。 首先，基于高强度热冲压成形工艺，对22MnB5高强度钢进行不同工艺的热处理，并进行单向拉伸实验测试，以获取材料的应力-应变曲线。设计加工了具有两层梯度力学性能分布的帽型零件，并对其进行压溃性能实验。进一步结合帽型压溃实验数据同有限元仿真数据进行对比分析，发现两者压溃变形模式、力-位移曲线变化趋势相近。证明了建立的梯度强度热冲压薄壁结构有限元建模流程和材料的力学曲线的可靠性。 其次，对梯度强度热冲压薄壁结构轴向进行功能化分层设计。通过改变梯度系数、顶部强度和斜向碰撞角度等设计为变量，来深入探究梯度强度热冲压薄壁结构在轴向和斜向碰撞中的抗撞性能表现。研究表明，梯度强度薄壁结构在最大峰值力和最大吸能方面均优于相同的顶部强度均质热冲压薄壁结构。在轴向碰撞中，梯度系数和顶部强度对峰值力、吸能量有很大影响；在斜向碰撞中，梯度系数和顶部强度对峰值力、加权吸能量有很大影也对斜向碰撞临界失稳加载角度有很大影响。进一步基于仿真数据进行径向基函数（RBF）拟合，结合遗传算法（NSGA-II）进行多目标优化设计。结果表明，该方法设计的梯度强度结构相对同质量的均匀强度结构具有更好的抗撞性。 最后，针对某型轿车进行前纵梁的力学性能梯度化设计，并对其进行有限元正面碰撞分析。仿真结果证明了梯度强度前纵梁在正碰吸能和降低前围板侵入量方面均明显优于原始均质强度前纵梁设计，体现了梯度强度热冲压结构设计和相关技术在提升汽车碰撞安全性方面的价值。 |
| 作者： | 张思注 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 胡平;盈亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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