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车身碳纤维波纹夹层结构防撞梁设计与优化
| 论文题名： | 车身碳纤维波纹夹层结构防撞梁设计与优化 |
| 关键词： | 汽车防撞梁;优化设计;碳纤维波纹夹层结构;低速耐撞性能 |
| 摘要： | 随着汽车保有量的增加，汽车消耗的能源越来越多，由此带来了一系列环境问题。为了实现汽车的节能减排，轻量化设计已经成为汽车行业的研究热点。使用轻量化材料是最为有效的轻量化途径，其中复合材料，尤其是碳纤维复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温以及吸能性好等优势在汽车上的应用越来广泛。本文利用碳纤维复合材料的这些优势，设计了一款碳纤维波纹夹层结构防撞梁来替换原有的铝合金防撞梁。根据我国相关法规要求，通过有限元方法对比分析两款汽车防撞梁的低速耐撞性能，并兼顾耐撞性能与轻量化效果，对碳纤维波纹夹层结构防撞梁进行了优化。 首先通过对预浸布加压加热的方法，制备了碳纤维力学性能测试样件以及碳纤维波纹芯夹层板。根据ASTM标准进行准静态试验，得到碳纤维的力学性能参数，用于后续的仿真。对两种不同面板厚度的碳纤维波纹芯夹层板进行三点弯曲试验，并通过有限元方法对三点弯曲试验进行了模拟，将其结果与试验进行对比，验证仿真的可靠性。 其次根据国标GB17354-1998要求，分别建立了铝合金防撞梁以及碳纤维波纹夹层结构防撞梁的有限元模型。分别在低速正面碰撞和低速角度碰撞工况下进行求解计算。并从碰撞峰值力、碰撞器侵入量以及比吸能等方面进行两种防撞梁的对比分析。 最后根据有限元分析的结果，对碳纤维波纹芯防撞梁在低速正碰工况下进行优化设计。参考相关文献以及防撞梁耐撞性评价指标，确定优化设计三要素及其数学表达式。为了节省优化求解时间，建立克里金代理模用来进行优化求解，并验证了其准确度。根据本优化问题的特点，选用NSGA-Ⅱ算法对优化模型进行求解，得到Perato前沿解集，并依据偏好选择一个最优解作为最后的优化设计结果。分别从低速正面、角度碰撞两个工况来验证优化设计的效果。 分析结果表明，本文设计的碳纤维波纹夹层结构防撞梁，不仅提高了其耐撞性能而且实现了42.9%的轻量化效果，同时对碳纤维材料在汽车车身上的应用具有一定借鉴意义。 |
| 作者： | 阳辉辉 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 侯文彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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