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功能密度梯度泡沫铝及其填充结构的吸能性能研究
| 论文题名： | 功能密度梯度泡沫铝及其填充结构的吸能性能研究 |
| 关键词： | 功能密度梯度泡沫铝;汽车耐撞性;数值仿真;填充结构;吸能性能 |
| 摘要： | 功能密度梯度泡沫铝填充锥形薄壁结构是汽车低速碰撞保护中极具应用前景的吸能缓冲结构，为了更好地在受力条件复杂的汽车碰撞中设计和优化泡沫铝填充锥形薄壁结构，进行单轴压缩状态下功能密度泡沫铝填充锥形薄壁结构的试验，并观察其变形模式和吸能机理，同时得到准确的有限元模型是十分必要的；从另一个方面考虑，由于在泡沫铝产品中观察到天然存在的在重力方向上的密度变化，因此，在将泡沫铝应用到汽车吸能结构时，必须充分考虑泡沫铝在重力方向上的密度变化特性对仿真建模的影响以得到准确的有限元模型。 为了更好地理解功能密度泡沫铝填充锥形薄壁结构的吸能性能，为设计和优化泡沫铝吸能结构提供直观的依据，本文通过试验观察和仿真分析，对比了截面形状为四边形和六边形的功能密度泡沫铝椎体、铝合金薄壁锥形结构、泡沫铝填充锥形薄壁结构，在单轴准静态压缩工况下的吸能性能。对比项目包括各结构的变形模式、载荷-位移曲线、总吸能量(Absorbed Energy，AE)和比吸能(Specific Absorbed Energy，SAE)。 本文使用通用有限元计算程序LS-DYNA进行仿真分析，仿真中的材料模型参数均由其标准材料性能测试试验的结果中拟合提取，其中泡沫铝的材料模型使用的是Deshpande&Fleck泡沫材料模型（2000），即LS-DYNA材料卡片MAT_154。本文还使用了Hanssen等（2002）提出的泡沫铝密度模型对本文中使用的泡沫铝材料进行描述，该模型使用泡沫铝三个及以上密度的材料性能参数作为拟合值，得到描述任意密度下材料性能参数的函数。在建立泡沫铝椎体有限元模型时，由于泡沫铝椎体试样的密度分布和变化规律不可知，本文展示了得到准确仿真分析结果的实践性方法和在特定密度变化梯度下不同的建模方法对有限元模型精度的影响。同时为了增强各结构的仿真结果的对比性，在保证仿真精度的前提下，本文在仿真分析中对不同截面形状的泡沫铝椎体模型进行了相同的设置。 通过对比各结构的试验和仿真分析变形模式和吸能性能评价参数，本文发现，在单轴准静态压缩工况下，截面形状对泡沫铝椎体和泡沫铝填充锥形薄壁结构的吸能性能影响不大；此外，泡沫铝填充锥形薄壁结构的吸能能力优于单独压缩泡沫铝椎体和薄壁锥形结构的吸能能力的数值和。对具有密度变化的泡沫铝椎体试样建立有限元模型时发现，对泡沫铝椎体的密度分布进行仿真时需要综合考虑泡沫铝标定试验的试样尺寸和密度变化梯度及泡沫铝椎体试样的几何尺寸。 |
| 作者： | 曹娇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | Amir Khajepour |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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