本文關鍵詞：泡沫鋁填充管的吸能特性研究及其在轎車前縱梁結構中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華南理工大學》 2014年

泡沫鋁填充管的吸能特性研究及其在轎車前縱梁結構中的應用

曾繁波  

【摘要】：輕質、安全是現(xiàn)代汽車設計所追求的首要目標，如何既能滿足輕量化設計需求，又能提高車輛的碰撞安全性，成為汽車設計師面臨的難題。閉孔泡沫鋁作為一種輕質吸能金屬材料，在低密度下具有較高的比剛度和比強度，同時具有良好的抗沖擊性和能量吸收性。本文對泡沫鋁及其填充結構的吸能特性進行研究，并應用于汽車前縱梁結構，以碰撞安全性為主，兼顧整車輕量化的設計要求。具體研究內容包括以下幾個方面： （1）通過準靜態(tài)試驗研究閉孔泡沫鋁在單軸壓縮下的變形行為，主要可劃分為四個典型階段，即線彈性變形階段、初始屈服階段、屈服平臺階段和致密化階段。試驗發(fā)現(xiàn)閉孔泡沫鋁是一種各向同性材料；孔徑大小對力學特性的影響較小；其力學特性的最主要影響因素是相對密度：隨著相對密度的提高，泡沫鋁的抗壓強度和平臺應力增大、致密化應變減小。通過大量試驗數(shù)據(jù)，擬合出閉孔泡沫鋁的楊氏模量、平臺應力和致密化應變關于相對密度的函數(shù)關系式。 （2）通過74mm大直徑SHPB動態(tài)沖擊試驗，發(fā)現(xiàn)閉孔泡沫鋁在中、低應變率（10-3~102s-1）下不具有應變率敏感性，在汽車碰撞安全性分析中不需要考慮泡沫鋁的應變率效應。 （3）給出泡沫鋁及其填充結構吸能能力的評價指標，驗證了泡沫鋁與薄壁管在軸向壓縮吸能中的相互作用效應。泡沫鋁與管壁之間的相互耦合，改變了管壁的塑性變形模式，提高了塑性變形的程度，填充結構可提高承載能力33%、提高吸能能力72%。 （4）在軸向沖擊作用下，填充結構的有效吸能量與壓潰距離基本呈線性規(guī)律。在相同直徑下，隨著徑厚比的提高，填充結構的吸能能力呈下降趨勢；得到了不同孔隙率下有效吸能量與徑厚比之間的函數(shù)關系式。徑厚比對填充結構的有效吸能量、比吸能具有顯著的影響，而泡沫鋁密度的影響較小；泡沫鋁的密度越小，徑厚比對填充結構吸能能力的影響越顯著。 （5）以有效吸能量和壓縮力效率最大化、結構總質量最小化為優(yōu)化目標，對填充結構的參數(shù)匹配進行多目標優(yōu)化設計，創(chuàng)建響應面近似模型（RSM），，采用第二代非支配排序遺傳算法（NSGA-II）求解Pareto最優(yōu)解集。綜合考慮填充結構的有效吸能量和結構重量，最佳徑厚比應取值為36.7~37.3，泡沫鋁的孔隙率為76%。 （6）將泡沫鋁填充至乘用車的前縱梁結構中，可提高前縱梁的吸能能力15.3%，提高比吸能25.4%，同時重量減輕8.4%。這說明將泡沫鋁應用于汽車吸能結構，不僅能顯著改善車輛的碰撞安全性，還能起到輕量化的作用，具有良好的應用前景。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U465;U463.326
【目錄】：

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本文編號：211645