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组合式吸能结构的耐撞性研究及其优化设计
| 论文题名： | 组合式吸能结构的耐撞性研究及其优化设计 |
| 关键词： | 汽车金属薄壁;耐撞性;吸能结构;优化设计;变形模式 |
| 摘要： | 金属薄壁结构具有轴向抗冲击能力强、承载性能优良等特点。在受到轴向载荷冲击时，金属薄壁结构能够通过稳定的轴向压溃变形来吸收冲击载荷动能。目前，压溃式吸能结构主要有刨削式、折叠式、收缩式、鼓胀式等4种形式。根据变形模式的不同，本文提出一种组合式薄壁吸能结构，旨在研究其在动态轴向冲击载荷下的变形模式及耐撞性。具体开展了以下研究工作： (1)受 TRB技术原理的启发，将连续变厚度的思想应用于薄壁铝合金圆管，通过挤压成型得到若干不同壁厚差的变厚度薄壁圆管即功能梯度圆管。对不同壁厚差的功能梯度圆管进行了轴向压溃的实验研究，分析了其耐撞性能。同时，通过计算机仿真模拟技术，对功能梯度圆管的耐撞特性进行分析。 (2)根据薄壁吸能结构不同的变形模式，提出了一种组合式薄壁吸能结构，该结构主要由内圆管，外圆管以及冲头组成。在受到轴向载荷冲击时，该组合式吸能结构通过外圆管的胀形吸能，内圆管的内翻折变形吸能以及冲头与内外圆管间的摩擦发热吸能三种方式进行能量吸收。该吸能结构可有效提升结构的吸能总量及吸能效率。 (3)针对组合式吸能结构进行有限元模型的建立，并通过实验验证了所建有限元模型的可靠性。通过分析在相同加载条件下组合式吸能结构相比等质量的均匀管结构的耐撞性，发现组合式吸能结构相比于均匀结构在单位性能吸能量及平均作用力等耐撞性指标上有较大的优势。继而探究了组合式吸能结构的结构几何参数对其耐撞性能的影响，得出了组合式吸能结构的内圆管壁厚，外圆管壁厚以及外圆管胀形比均对组合式吸能结构耐撞性有较大的影响这一结论。 (4)为了寻求具有最优耐撞性能的组合式吸能结构，对其进行了多目标耐撞性优化。利用全因子试验设计方法，对组合式吸能结构耐撞性优化问题的目标函数和约束条件构建了RBF近似模型，利用多目标遗传算法—非支配排序遗传算法对近似模型加以求解，在帕累托前沿解集中找出最优的解。 |
| 作者： | 谭坚 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李光耀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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