原文传递
连续变厚度波纹管碰撞吸能性能研究
| 论文题名： | 连续变厚度波纹管碰撞吸能性能研究 |
| 关键词： | 轧制差厚板;TRB波纹管;碰撞吸能;多目标优化 |
| 摘要： | 目前汽车使用率越来越高，环境和能源等负面问题逐步体现出来，而解决此问题的其中一个有效方式便是汽车零部件结构的轻量化技术，因此，汽车前端的吸能盒结构轻量化也是备受研究的一个方向。由于波纹管具有较好的吸能结构，且轧制差厚板（TailorRolledBlank，TRB）因能根据设计要求合理分布自身厚度，可以满足结构自身强度要求同时实现轻量化，因此，研究TRB波纹管的吸能特性以及设计方法对汽车吸能盒轻量化具有一定的意义。本文以有限元数值模拟分析为主要研究方式，对TRB波纹管的碰撞吸能性能进行了一系列的研究工作： (1)为了探究波纹管截面形状对碰撞吸能性能的影响，分别对等厚度圆形波纹管、等厚度方形波纹管、TRB圆形波纹管和TRB方形波纹管进行轴向动态冲击数值模拟分析。结果表明，在相同截面下，TRB波纹管吸能特性优于等厚度波纹管，在不同截面且相同厚度分布下，圆形波纹管比方形波纹管吸能量更多，但初始峰值力比方形波纹管高。 (2)建立TRB波纹管轴向动态冲击工况与准静态加载工况下碰撞有限元模型，通过正交试验设计方法研究TRB波纹管薄区厚度、过渡区厚度差、过渡区长度和波纹管壁半径对吸能性能的影响。结果表明：TRB波纹管结构尺寸参数在不同工况下对TRB波纹管吸能性能影响明显，通过增加薄区厚度或过渡区厚度差有助于提高TRB波纹管吸能效果，减小的波纹管壁半径或者增加过渡区长度来减低初始峰值力，从而减小碰撞时的冲击力。 (3)为了提高TRB波纹管的吸能性能，使用响应面代理模型和非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）对单工况下TRB波纹管吸能特性进行多目标优化设计。采用单工况代理模型，拟合出多工况下TRB波纹管代理模型并进行优化设计，优化结果显示：单工况下，优化结果与模拟结果之间的误差均低于5%，说明优化方法与结果可靠，与初始值相比，轴向动态冲击工况下TRB波纹管初始峰值力降低21.4%，且质量降低10.45%；准静态工况下TRB波纹管吸能量提高了10.25%，比吸能提高了6.95%，初始峰值力降低了3.97%；多工况优化结果表明：多工况pareto解集位于动态冲击工况与准静态工况之间，且动态冲击工况下的优化解不一定是准静态加载工况下的最优解，反之也一样。因此，需要考虑实际的工况情况进行优化工作，从而达到最优的吸能性能。 |
| 作者： | 刘尧庆 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张渝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
