本文關(guān)鍵詞：帽型薄壁梁結(jié)構(gòu)軸向壓潰理論研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：汽車前縱梁等薄壁吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性能很大程度上影響著車身正面碰撞的被動(dòng)安全性能。由于實(shí)際工程中帽型梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,組成帽型梁的各部件間的材料、壁厚、周長通常并不相同,且為了滿足安全、剛度、強(qiáng)度等方面性能需求,結(jié)構(gòu)中會(huì)存在多個(gè)帽型結(jié)構(gòu)的組合,而傳統(tǒng)的帽型梁平均碰撞力的理論公式無法對這類結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測。針對傳統(tǒng)方法所存在的不足,本文基于超折疊單元理論,提出了通用的帽型梁結(jié)構(gòu)軸向壓潰理論,可準(zhǔn)確預(yù)測異材、異厚通用帽型薄壁梁結(jié)構(gòu)的平均壓潰力。薄壁梁結(jié)構(gòu)的變形模式直接決定了其吸能效果的優(yōu)劣,通常將變形模式劃分為軸向壓潰和彎曲變形兩種。為得到更高的吸能效率,要盡可能確保結(jié)構(gòu)發(fā)生穩(wěn)定的軸向壓潰變形。本文選取結(jié)構(gòu)最不對稱的單帽薄壁梁結(jié)構(gòu),針對結(jié)構(gòu)和焊點(diǎn)兩方面因素共計(jì)四個(gè)參數(shù)進(jìn)行了研究,分析不同截面形式下結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn),研究不同變形產(chǎn)生的機(jī)理,并總結(jié)出結(jié)構(gòu)發(fā)生穩(wěn)定軸向壓潰變形時(shí)各參數(shù)的合理設(shè)計(jì)范圍。在軸向壓潰預(yù)測理論中,梁結(jié)構(gòu)的截面周長被作為一個(gè)整體變量進(jìn)行研究。但對試驗(yàn)及仿真結(jié)果研究發(fā)現(xiàn),相同周長不同截面的梁結(jié)構(gòu),其變形形式及吸能特性并不相同。針對該問題,為了得到同截面周長下最優(yōu)的截面形式,采用代理模型及多目標(biāo)優(yōu)化的方法對截面幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本文選取某車型的前縱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,以截面的寬度高度比值、翻邊長度兩個(gè)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,以前縱梁的最大平均碰撞力和最小截面峰值力為響應(yīng),基于最優(yōu)拉丁超立方方法得到試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,根據(jù)有限元結(jié)果并采用響應(yīng)面方法構(gòu)造代理模型。在代理模型的基礎(chǔ)上,運(yùn)用多目標(biāo)遺傳算法對寬高比及翻邊長度兩參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了最佳的截面設(shè)計(jì)形式。將最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用到該車型中,將正面碰撞仿真結(jié)果與原模型進(jìn)行對比分析,其前縱梁變形特性、前隔板侵入量、車身加速度等關(guān)鍵性能指標(biāo)均有了不同程度的提升,表明文中所采用的優(yōu)化方法在前縱梁截面的正面碰撞設(shè)計(jì)中具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：帽型薄壁梁 軸向壓潰 理論預(yù)測 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 代理模型 多目標(biāo)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U467.14
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 車身吸能結(jié)構(gòu)12-14
• 1.1.1 正碰吸能結(jié)構(gòu)12-13
• 1.1.2 側(cè)碰吸能結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2 車身薄壁梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 方型梁結(jié)構(gòu)15
• 1.2.2 帽型梁結(jié)構(gòu)15
• 1.2.3 多胞結(jié)構(gòu)15-16
• 1.2.4 三種結(jié)構(gòu)對比16-17
• 1.3 帽型薄壁梁軸向壓潰研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 存在的問題18
• 1.4 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排18-20
• 第2章 帽型薄壁梁軸向壓潰理論研究20-33
• 2.1 材料塑性變形特性20-23
• 2.1.1 材料的變形行為20-21
• 2.1.2 有效應(yīng)力—應(yīng)變曲線21-22
• 2.1.3 塑性鉸和塑性鉸合區(qū)域22-23
• 2.2 超折疊單元塑性變形基礎(chǔ)23-26
• 2.2.1 折疊單元變形機(jī)理23-24
• 2.2.2 折疊單元能量吸收24-26
• 2.2.3 折疊單元平均壓潰力26
• 2.3 帽型梁結(jié)構(gòu)軸向壓潰理論預(yù)測26-30
• 2.3.1 典型結(jié)構(gòu)分解26-28
• 2.3.2 帽型結(jié)構(gòu)通用預(yù)測28-29
• 2.3.3 考慮應(yīng)變率的動(dòng)態(tài)預(yù)測29-30
• 2.4 典型帽型結(jié)構(gòu)理論預(yù)測30-31
• 2.4.1 單帽結(jié)構(gòu)30
• 2.4.2 雙帽結(jié)構(gòu)30-31
• 2.4.3 雙帽雙室結(jié)構(gòu)31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第3章 帽型薄壁梁軸向壓潰理論驗(yàn)證33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 試驗(yàn)、仿真及理論標(biāo)定33-37
• 3.2.1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置33-34
• 3.2.2 有限元模型的建立34-35
• 3.2.3 試驗(yàn)及仿真結(jié)果分析35-37
• 3.3 單帽梁軸向壓潰仿真分析37-40
• 3.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)工況37-38
• 3.3.2 動(dòng)態(tài)工況38-40
• 3.4 雙帽梁軸向壓潰仿真分析40-42
• 3.4.1 準(zhǔn)靜態(tài)工況40-41
• 3.4.2 動(dòng)態(tài)工況41-42
• 3.5 雙帽雙室梁軸向壓潰仿真分析42-45
• 3.5.1 準(zhǔn)靜態(tài)工況43-44
• 3.5.2 動(dòng)態(tài)工況44-45
• 3.6 結(jié)果分析45-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 第4章 帽型薄壁梁變形穩(wěn)定性影響因素研究47-59
• 4.1 引言47-48
• 4.2 結(jié)構(gòu)影響研究48-53
• 4.2.1 翻邊周長比48-51
• 4.2.2 寬度高度比51-53
• 4.3 焊點(diǎn)影響研究53-58
• 4.3.1 焊點(diǎn)間距53-57
• 4.3.2 焊點(diǎn)位置57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 基于軸向壓潰的帽型前縱梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 代理模型及試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法59-63
• 5.2.1 響應(yīng)面代理模型59-61
• 5.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)61-63
• 5.3 優(yōu)化問題定義63-65
• 5.3.1 數(shù)學(xué)模型確立63-64
• 5.3.2 代理模型構(gòu)建64-65
• 5.4 多目標(biāo)優(yōu)化過程65-67
• 5.4.1 多目標(biāo)優(yōu)化流程66
• 5.4.2 梁結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化66-67
• 5.5 優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證67-70
• 5.5.1 簡化模型正碰仿真67-68
• 5.5.2 有限元結(jié)果對比68-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 致謝78-79
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79

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本文編號(hào)：1045191