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铝合金矩形非均布多胞截面薄壁管轴向耐撞性能研究
| 论文题名： | 铝合金矩形非均布多胞截面薄壁管轴向耐撞性能研究 |
| 关键词： | 汽车前纵梁;矩形多胞薄壁管;轴向耐撞性;有限元仿真 |
| 摘要： | 汽车前纵梁是重要的车身结构件，在汽车发生正面碰撞时前纵梁通过溃缩变形吸收碰撞能量，从而起到一定的保护动力总成和车内乘员的作用。传统的汽车前纵梁一般为矩形截面长管，有研究指出，在受到轴向碰撞压溃载荷时，多胞复杂截面的矩形薄壁金属管件较普通矩形截面管有着更好的吸能特性，因此这种复杂结构受到越来越多学者的关注。 本文研究了五种截面的铝合金矩形薄壁管件的轴向耐撞性能，其中有普通矩形截面:口字型、日字型、目字型（即单胞、双胞、非均布三胞）;多胞矩形截面:田字型和九宫格型（即四胞和九胞）。并且，对结构比较复杂的目字型和九宫格型管进行了耐撞性优化设计。本文首先分析了金属薄壁管轴向压溃的变形和吸能原理，基于现有的理论推导了矩形非均布目字型截面金属薄壁管的平均压溃力预测公式。之后，针对普通截面（口字型、日字型和目字型）和多胞截面（田字型和九宫格型）分别进行了轴向准静态压溃有限元分析。此外，为了初步研究结构参数对于耐撞性的影响，针对目字型、田字型和九宫格型薄壁管的壁厚，目字型和九宫格型的内部肋板布置这些参数进行了结构参数分析。在参数分析结果的基础上，对目字型薄壁管选取了三个壁厚变量、一个内部布置变量;针对九宫格型薄壁管选取了两个壁厚变量、一个内部布置变量，确定耐撞性平均压溃力(MCF)和比吸能(SEA)为目标，对两种薄壁管件进行了确定性多目标优化设计，并从Pareto解集中找到两种结构的确定性最优解。最后，基于质量管理思想对两种管件进行了稳健性优化设计，得出了稳健性优化设计的最优结果。 通过比较理论预测、试验和有限元仿真的结果，一方面验证了有限元仿真模型和新推导的理论预测公式的准确性和可靠性，另一方面发现在简单截面中，目字型薄壁管具有较好的耐撞性能;在多胞截面中，九宫格薄壁管的吸能性能非常优秀。通过结构参数分析和多目标优化代理模型的建立，发现壁厚参数和内部肋板布置位置对结构耐撞性能有比较大的影响。此外，从多目标优化结果可以看出，最优解的目字型和九宫格管件有着更加合适的管件壁厚设计和内部肋板位置安排，因此耐撞性能和初始设计相比有了较大提升。然而由于生产制造、材料属性等不确定因素的影响导致确定性优化最优解的稳健性较差。最后，对结构进行了稳健性优化设计，虽然稳健性优化结果在性能上有所牺牲，但其稳健性有较大提高。 |
| 作者： | 沈雯 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 钱立军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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