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基于螺旋式变强度设计的薄壁钢管吸能特性研究
| 论文题名： | 基于螺旋式变强度设计的薄壁钢管吸能特性研究 |
| 关键词： | 电动汽车;螺旋式变强度钢管;车辆防撞梁;微观组织;吸能特性 |
| 摘要： | 薄壁管作为一种比较传统的吸能构件，具有制作简单、价格低廉、吸能特性好以及便于更换的特点，在汽车、船舶、航天等领域被广泛应用。在碰撞发生时薄壁管可以较好的吸收冲击能量，保护乘员免受伤害。本文从材料的微观入手，采用对22MnB5钢管进行电阻加热和快速冷却的热处理方法，制备了螺旋式变强度薄壁钢管，并通过拉伸试验获得材料热处理后的力学性能数值。对螺旋式变强度钢管的吸能特性进行有限元仿真优化研究，将优化后的变强度管应用在车辆防撞梁吸能盒上分析其对整车碰撞吸能的影响。 首先，采用合适的工艺对薄壁钢管进行了热处理，制备了螺旋式变强度的钢管；利用金相显微镜对圆管的微观组织进行了观察，分析了不同区域微观组织的形态变化及其原因；通过拉伸试验，得到了材料的力学性能数据。 随后，在有限元仿真软件HyperMesh中对相同尺寸的原始钢管和螺旋式变强度薄壁钢管进行了准静态及动态轴向压缩模拟分析。通过对变形模式、载荷时间曲线和吸能评价指标的分析，对比了两种圆管在两种轴向压缩工况下的吸能特性，发现螺旋式变强度管有更好的吸能表现。 采用正交试验和方差分析法对螺旋式变强度钢管的相关参数进行优化设计。设计变量选择为原始组织区与高强度区宽度比、高强度区的的宽度和圆管壁厚，分别以比吸能和压缩力效率为优化目标进行优化设计，最终得到螺旋式变强度圆管的优化设计方案。 将螺旋式变强度钢管安装在车辆纵梁前端，代替原车型设计的吸能盒作为碰撞过程中的主要吸能部件。利用HyperMesh和LS-DYNA软件对整车进行50km/h正面碰撞仿真分析。通过对电动汽车碰撞加速度、圆管吸能情况和碰撞力的传递等方面进行研究分析，对比得出螺旋式变强度圆管吸能特性优于原始管，证明本文设计的螺旋式变强度钢管可以应用于整车碰撞吸能结构。 |
| 作者： | 刘建栋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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