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泡沫铝填充吸能盒在汽车碰撞过程中的吸能特性研究
| 论文题名： | 泡沫铝填充吸能盒在汽车碰撞过程中的吸能特性研究 |
| 关键词： | 汽车保险杠;泡沫铝填充式吸能盒;结构优化;变形模式;吸能特性 |
| 摘要： | 城市道路交通事故中最常发生的汽车正面碰撞主要通过保险杠吸能盒的塑性变形来吸收碰撞动能，减少乘员及汽车部件的损害。目前国内外已有关于泡沫铝填充吸能盒碰撞性能的研究，但对其结构参数的系统优化研究还罕有报道。因此，本文主要针对泡沫铝填充式吸能盒进行系统的结构参数优化来提高汽车安全防撞性能。 通过LS-DYNA有限元分析方法对不同结构的吸能盒在碰撞冲击过程中的吸能特性进行研究。在传统钢板吸能盒的基础上设计泡沫铝填充铝合金吸能盒，对其截面形状及倾角进行分析，得到倾角8°的正方形截面吸能盒具有较好的吸能特性。通过在吸能盒侧壁开诱导槽的方式来引导吸能盒变形模式并降低碰撞力峰值，对诱导槽的各结构参数（形状、数目、位置、尺寸）进行研究，得出在吸能盒上半部分均匀开有2个半径为2.5mm的半圆形诱导槽的吸能盒能够在保证吸能量的同时，具有较低的碰撞力峰值、较高的压溃力效率且变形模式稳定。在有限元分析的基础上，制作各对比方案的吸能盒实体模型，通过液压冲击试验台对吸能盒进行冲击试验，将试验得到的冲击力及吸能量等评价指标进行对比分析，验证了有限元仿真方法在汽车低速碰撞过程的有效性。 在此基础上，对吸能盒倾角及诱导槽半径进行多目标优化。以吸能盒在低速碰撞中的总吸能，比吸能，碰撞力峰值和压溃力效率为目标，利用拉丁超立方抽样方法对设计变量进行试验设计，基于响应面法对吸能盒进行多目标优化，利用Design expert设计出综合性能最优的吸能盒模型。通过有限元仿真对优化模型进行验证，得到了优化后的吸能盒结构具有更好的吸能防撞特性。 最后，研究安装优化吸能盒的汽车保险杠在低速碰撞过程中的吸能防撞特性。为提高数值模拟计算效率，基于相似理论对优化前、后的保险杠相似小模型进行有限元分析。应用量纲分析法计算保险杠原型的吸能情况，并与保险杠原型的有限元仿真结果进行对比，对其在碰撞过程的吸能特性及变形模式等进行分析。验证了优化后吸能盒具有更好的吸能防撞特性且证明了相似理论在保险杠碰撞冲击过程的适用性，为轿车吸能盒材料及结构参数方面的优化提供思路。 |
| 作者： | 刘影 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 王春华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 辽宁工程技术大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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