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功能梯度负泊松比吸能盒的优化设计
| 论文题名： | 功能梯度负泊松比吸能盒的优化设计 |
| 关键词： | 汽车碰撞;吸能盒;功能梯度;负泊松比结构;优化设计 |
| 摘要： | 车辆耐碰撞性能指标在乘用车领域，尤其在家用汽车的安全性能评价标准中占有重要地位，吸能盒也是车辆低速碰撞吸能系统的重要组成部分。在车辆碰撞工况中，吸能盒的吸能效果不仅关系着车身前部结构件的损坏程度，对于整车车身结构的稳定性也起相当大的作用。传统吸能盒为了实现车辆轻量化设计的目标，通常对吸能盒内部进行镂空处理。镂空结构设计的吸能盒能够改善部件的轻量化特征，但该设计下的吸能盒在面对车辆低速碰撞工况时，只有吸能盒外部薄壁壳用于缓冲、吸收碰撞冲击，总体结构吸能表现一般。为了提高家用汽车的耐碰撞性能，在汽车碰撞事故中能够为乘客与驾驶员提供更好的保护，实现车辆部件结构优化以及车身轻量化指标，本文提出了一种新型功能梯度负泊松比(FGNPR)吸能盒，主要研究内容如下： 首先，将负泊松比结构以及功能梯度设置应用至吸能盒。将负泊松比结构安装至吸能盒内部作为填充内芯，建立负泊松比（NPR）吸能盒，并将此填充内芯从前到后纵向划分为三个相同模块。基于双箭头型负泊松比单胞结构进行参数建模并建立新型负泊松比功能梯度吸能盒有限元模型。结合RCAR规程要求，对所建立的模型进行刚性墙100%正面碰撞分析和验证。 其次，以吸能盒整体溃缩位移量、吸能盒末端加速度、吸能盒比吸能三个性能评价指标，构建正交试验对吸能盒的五个组成模块——两个吸能盒外壳壁结构以及吸能盒纵向划分的三个内芯结构进行灵敏度分析。筛选出对吸能盒结构性能评价指标影响较大的各个变量因素，为后续吸能盒整体结构的近似模型搭建以及目标优化设计提供了理论基础。 再次，利用最优拉丁超立方试验设计方法对吸能盒结构厚度参数进行数据采样并建立近似模型。采用NLPQL、ASA两种单目标算法以及NSGA-Ⅱ、NCGA两种多目标算法对近似模型进行优化求解。利用单目标优化算法分析内芯纵向三模块对吸能盒各个评价指标的影响，并构建单目标Pareto解集库；利用多目标优化算法补充寻求功能梯度最优设置Pareto解集。 最后，对运用四种优化算法所得的Pareto最优解集运用标准边界交叉法进行搜索半径寻优，将所得最优解数据组带入吸能盒模型，比较优化后吸能盒、NPR吸能盒、传统吸能盒三者的碰撞指标表现，并将三组不同类型吸能盒放入整车模型进行B柱加速度指标验证。 本文将负泊松比结构以及功能梯度设置引入吸能盒的设计之中，研究结果可对汽车吸能盒系统的开发与探索提供一定的理论参考与支持。 |
| 作者： | 王琪 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 周冠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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