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复合金属泡沫及夹芯结构弯曲性能研究与应用
| 论文题名： | 复合金属泡沫及夹芯结构弯曲性能研究与应用 |
| 关键词： | 车身防撞系统;复合金属泡沫;夹芯结构;耐撞性能;抗弯性能 |
| 摘要： | 国内人均可支配收入在经济快速发展的大环境下不断提高，汽车作为便捷的交通工具也走进了千家万户，在我国汽车保有量连年攀升的同时也导致了道路交通事故频发，使得人们对汽车的安全性能提出了更高的要求。缓冲吸能性能优异的材料和结构在汽车防撞设计中具有很大的应用前景，其中包括泡沫材料及其夹芯结构。复合金属泡沫因其吸能多和设计性强而备受研究者青睐。本文采用细观与宏观模型相结合的方式对复合金属泡沫及其夹芯结构进行弯曲性能仿真分析，并将夹芯结构应用于汽车车身的防撞系统，提高了车身的耐撞性。 首先，在典型的球体随机堆积算法基础上，提出了分层和重排序压缩思想，利用编程软件实现算法优化，结果表明，优化以后的算法提高了极限球体堆积密度，并建立了不同几何参数下的随机模型，为后续采用数值仿真的方法研究复合金属泡沫细观模型的弯曲性能打下基础。 其次，通过铸造法制备了复合金属泡沫并切割得到样件，对多个样件进行三点弯曲实验，分析对比实验结果发现，厚度尺寸至少包含整个空心球的样件更好地代表复合金属泡沫材料的弯曲性能。通过还原样件的细观模型对标实验中能够代表复合金属泡沫材料弯曲性能的实验结果，研究表明材料的薄弱基质处容易发生断裂导致承载能力下降。重点研究了几何参数对复合金属泡沫材料弯曲性能的影响，结果表明随着空心球个数的增加，复合金属泡沫的抗弯性能先下降后上升；随着空心球壁厚的增加，复合金属泡沫的抗弯性能也随之增加，但增加的幅度变小。 再次，利用宏观模型进行复合金属泡沫夹芯结构弯曲性能的仿真分析，研究面板厚度和芯层厚度对夹芯结构弯曲性能的影响。结果表明，夹芯结构的抗弯性能在面板厚度较小的时候会随着面板厚度的增大而增强，但由于芯层存在失效的原因，增强的幅度逐渐变小。此外，虽然芯层厚度的增加有利于提高承载力，但由于整个夹芯结构的抗弯截面系数也随之增大，使得抗弯性能的提升受限。 最后，将复合金属泡沫夹芯结构应用于某车型的车身防撞系统上，仿真分析了碰撞载荷下防撞系统的变形和吸能情况。结果表明，复合金属泡沫夹芯结构可有效提高车身防撞系统的耐撞性能。 |
| 作者： | 陆晶晶 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨姝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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