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原文传递金属薄壁管的耐撞性优化设计

论文题名：	金属薄壁管的耐撞性优化设计
关键词：	金属薄壁管;汽车;耐撞性;优化设计;有限元分析;吸能特性
摘要：	安全、环保和节能是二十一世纪汽车技术发展的必然趋势，如何提高车辆的耐撞性能成为汽车被动安全防护的一大热点问题。金属薄壁管作为传统且最有效的吸能结构，在汽车安全设计中得到了广泛的应用。在汽车轻量化的趋势下，如何利用更少的材料吸收更多的碰撞能量成为近年来的研究热点。近年来，大量的学者致力于如何提高金属薄壁管耐撞性能，并取的了一系列的成果。　　本文在前人研究的基础上，基于显式有限元软件LS-DYNA和响应面法对薄壁管结构进行了耐撞性优化设计。　　本文首先对国内外薄壁管结构的研究状况进行了综述。然后简单介绍了显式有限元的基本方程、接触碰撞算法，给出了进行耐撞性优化设计需用到的实验设计方法和近似模型理论。从提高结构的耐撞性能方面，采用显式有限元软件LS-DYNA与响应面法相结合对结构进行耐撞性优化设计，分析结构的几何参数对其吸能特性的影响规律。　　1)已有的研究表明，方形截面薄壁管的吸能区域主要集中在边角处;基于此，本文设计了两款多角点吸能结构，以多角点吸能结构的比吸能和初始峰值力为优化目标，采用全因子试验设计与响应面法对多角点吸能结构进行了耐撞性优化，研究结果表明:薄板宽度对结构的比吸能及初始峰值力有较大影响，随着宽度的增大而增大。　　2)以大截面方管和小截面方管组成的双层吸能结构为研究对象，同时在两个方管之间引入四块薄板，采用LS-DYNA对其吸能特性进行了分析研究，分析了薄板对其耐撞性能的影响。结果表明:四块薄板能够有效地提高结构的耐撞性能，增强了内外层方管之间的相互作用。　　3)综合考虑比吸能、初始峰值力和第二峰值力等因素对汽车安全的影响，提出了以结构的比吸能、初始峰值力和第二峰值力为多目标的耐撞性优化问题。结果表明:优化后的结构在提高结构的总吸能量和比吸能的同时，能够有效地避开过大的初始峰值力，耐撞性能得到了很大的提升。　　4)针对方形截面管管具有变性稳定和圆形截面管具有高比吸能的特性，设计了一个组合型吸能结构;利用显式有限元软件LS-DYNA对其吸能特性进行了分析。结果表明:内层圆管的直径和内外层管的长度越大，结构的比吸能越小。
作者：	董喜文
专业：	固体力学
导师：	康国政;朱志武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文