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泡沫填充复合材料结构吸能性能分析及结构优化
| 论文题名： | 泡沫填充复合材料结构吸能性能分析及结构优化 |
| 关键词： | 泡沫填充;复合材料;汽车前部吸能结构;Hypermesh软件;力学性能 |
| 摘要： | 随着社会的不断发展，人们的生活水平也不断提高，世界上人均汽车保有量也在不断提高，随之而来的汽车安全事故也是越多，因此提高汽车安全性越来越显得重要。另外在保证安全前提下，轻量化也一直是汽车工业的主题，对降低排放和性能改善，能源战略规划以及汽车工业的健康发展都具有重要意义。轻质及具有优良吸能性能的新型结构和材料的应用是实现汽车轻量化和提高汽车安全性的重要手段。本文提出一种新型的碳纤维增强复合材料（CFRP）填充聚氨酯泡沫（PU）的汽车前部吸能结构，并对结构进行了分析和优化。 首先，通过材料性能试验获得了PU泡沫塑料及CFRP的力学性能基本参数，同时对比分析LS－DYNA材料模型库，找到适合仿真模拟本文所使用的PU泡沫塑料及CFRP的材料模型。 其次，利用Hypermesh软件对PU泡沫塑料锥台、CFRP锥形空壳结构、PU泡沫塑料填充的CFRP锥台准静态压缩CATIA模型进行前处理，利用LS－DYNA求解器对Hypermesh导出的K文件进行求解。然后加工制作与有限元模型尺寸完全一样的结构，进行实验分析，实验加载方式与仿真完全一样，结果发现仿真结果与实验结果吻合较好，验证了复合材料填充结构有限元模型和材料模型的正确性。分析实验仿真结果发现泡沫填充的CFRP锥管具有良好的吸能性能，填充结构吸能能力比两种材料单独使用吸能能力强，但是填充结构的有效吸能行程降低了。 最后，为提高填充锥形吸能结构的吸能能力，本文从提高有效吸能行程和改变锥形结构半顶角两点出发对结构进行了改进。在提高有效吸能行程方面，本文提出将填充的锥形结构做成中空的填充结构，结果发现中空的填充结构能够有效提升结构的吸能能力。在对半顶角改变的过程发现，结构的有效吸能能力随半顶角的减小而增加。本文末，以填充PU泡沫厚度和锥台上端半径为变量，以有效吸能最大和质量最小为目标对锥形填充空心结构进行了优化，得到一组最优解集。 |
| 作者： | 王多华 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 干年妃;高晖 |
| 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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