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变厚度薄壁吸能结构耐撞性机理研究
| 论文题名： | 变厚度薄壁吸能结构耐撞性机理研究 |
| 关键词： | 车辆设计;碰撞安全;轻量化;有限元分析;多目标优化 |
| 摘要： | 汽车的轻量化与碰撞安全性是车辆设计中需要着重考虑的两个方面。随着我国汽车保有量的逐年增加，一方面加快了能源的消耗，加大了污染气体的排放量;另一方面发生碰撞的情况增多，导致人员伤亡影响道路交通安全，增加了车辆维修保养费用。如何在保证车辆碰撞安全性能的前提下达到轻量化的效果，是车辆设计中的一个难点。前防撞梁总成在汽车的碰撞安全性能中发挥了重要的作用，主要由薄壁吸能结构组成。但是传统的车身吸能部件都是等厚度的，在碰撞过程中由于变形的不连续与不均匀导致无法最大化材料的吸能效率，而引入差厚变截面技术可以提高材料的吸能性能。论文基于差厚变截面技术，对防撞梁总成中的吸能盒结构在低速碰撞工况下的吸能性能进行仿真分析，运用多目标优化进行结构设计，对于提高车辆的被动安全性能具有重要的意义。 首先，论文分析了差厚板与薄壁管的研究现状，介绍了车身吸能区域的分布。以某款乘用车为研究对象，对防撞梁总成在横向载荷与轴向载荷下的力学性能进行研究。构建前防撞梁总成三点压弯有限元模型并进行有限元分析，验证了防撞梁的抗弯曲性能满足设计要求。对比分析了各国的低速碰撞法规，并依据40％刚性墙偏置碰撞法规建立防撞梁低速碰撞有限元模型，验证了防撞梁的耐撞性能满足设计要求。 其次，对差厚变截面吸能盒结构建立有限元模型并对其轴向压溃过程进行有限元模拟，且结合实验对比分析差厚板与等厚板及不同截面形状、不同直径吸能盒在轴向压溃下的吸能特性。根据差厚薄壁管与锥形薄壁管结构提出差厚变截面锥形管结构及其平均压垮载荷预测模型。结果表明，差厚变截面管的吸能特性优于等厚管;随着截面棱边数量的增加，差厚变截面管的初始峰值载荷、平均压跨载荷和比吸能都不断增加;差厚变截面吸能盒能够显著降低初始峰值载荷，吸能效果更显著、变形更稳定，更适合用于缓冲吸能结构。 最后，对吸能盒的结构尺寸进行优化设计。建立了吸能盒轴向压渍有限元模型，对吸能盒在轴向压溃下的性能特性进行分析。以锥度与壁厚为设计变量，通过试验设计选取试验点并构造响应面模型，结合多目标遗传优化算法对吸能盒进行结构参数优化。在此基础上引入差厚变截面技术，研究不同的壁厚组合对吸能盒力学性能的影响，并基于多目标遗传优化算法选出最优的壁厚组合，使防撞梁总成的碰撞安全性能得到改善。 |
| 作者： | 黄勇进 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 刘志卫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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