详情

原文传递车用双梯度薄壁结构耐撞性优化研究

论文题名：	车用双梯度薄壁结构耐撞性优化研究
关键词：	汽车车身;薄壁结构;双梯度特性;耐撞性能;多目标优化
摘要：	国家碳达峰、碳中和（简称“双碳”）背景下，研究、设计及应用轻质、高吸能率薄壁结构，对于协同提升由大量薄壁结构组成的车身耐撞性与轻量化水平，进而促进整车安全、节能、环保与续航力提升具有十分重要的意义。本文提出一种车用新型梯度变截面及梯度变壁厚（简称“双梯度”）薄壁结构，以薄壁圆管为例，其截面管径及截面壁厚沿其纵轴线呈功能梯度分布。考虑空心和泡沫铝填充两种模式，采用实验、数值模拟和优化设计相结合方式，研究空心和泡沫铝填充双梯度薄壁圆管轴向及斜向多角度冲击耐撞性能，探究双梯度特性对其多角度冲击耐撞性影响机制，探索并建立其耐撞性多目标优化方法，并进一步完成双梯度特性及耐撞性多目标优化方法在车身薄壁吸能盒上的应用验证。具体如下：　　首先，利用电子万能试验机开展车身薄壁吸能盒用铝合金材料准静态拉伸试验，获取材料基本力学性能参数及应力-应变曲线。以双梯度薄壁圆管为例，考虑实际车辆碰撞事故中碰撞方向不确定性，建立空心双梯度圆管轴向及斜向多角度冲击有限元模型，开展多个空心圆管轴向准静态压溃试验，验证有限元模型精度。此外，进一步建立泡沫铝填充双梯度圆管轴向及斜向多角度冲击有限元模型并进行精度验证，为后续耐撞性分析及多目标优化奠定基础。　　其次，针对空心和泡沫铝填充直柱形、锥形、梯度变壁厚、梯度变管径及双梯度（梯度变壁厚及梯度变管径）圆管，开展轴向及斜向多角度冲击耐撞性分析及比较，探究新型双梯度圆管相对于传统圆管（直柱形、锥形）、单梯度圆管（梯度变壁厚、梯度变管径）多角度冲击耐撞性优劣。在此基础上，分别针对空心和泡沫铝填充双梯度圆管，开展参数影响研究，探究管径差、壁厚差、管径梯度指数、壁厚梯度指数及泡沫铝密度对空心或泡沫铝填充双梯度圆管多角度冲击耐撞性作用规律。　　然后，为最大程度挖掘双梯度薄壁结构吸能潜力，针对空心和泡沫铝填充双梯度圆管，以其各自主要结构参数为设计变量，以其各自多角度冲击综合耐撞性指标为优化目标），结合最优拉丁超立采样、二阶响应面代理模型及第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对其开展多目标优化设计，并利用理想解相似偏好排序法（TOPSIS）确定最优折中解，并对优化结果进行验证。　　最后，针对空心和泡沫铝填充双梯度圆管多目标优化方案，进一步验证其在车身碰撞边界条件下的耐撞性优化效果。更进一步地，将双梯度特性应用到车身原有薄壁吸能盒，完成双梯度薄壁吸能盒轴向及斜向多角度冲击耐撞性多目标优化，并对优化结果进行验证，以验证双梯度特性及耐撞性多目标优化方法对车身耐撞性提升效果。
作者：	王占飞
专业：	工程(车辆工程)
导师：	邹喜红;熊锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023