【摘要】：汽車(chē)前縱梁是重要的車(chē)身結(jié)構(gòu)件,在汽車(chē)發(fā)生正面碰撞時(shí)前縱梁通過(guò)潰縮變形吸收碰撞能量,從而起到一定的保護(hù)動(dòng)力總成和車(chē)內(nèi)乘員的作用。傳統(tǒng)的汽車(chē)前縱梁一般為矩形截面長(zhǎng)管,有研究指出,在受到軸向碰撞壓潰載荷時(shí),多胞復(fù)雜截面的矩形薄壁金屬管件較普通矩形截面管有著更好的吸能特性,因此這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。本文研究了五種截面的鋁合金矩形薄壁管件的軸向耐撞性能,其中有普通矩形截面:口字型、日字型、目字型(即單胞、雙胞、非均布三胞);多胞矩形截面:田字型和九宮格型(即四胞和九胞)。并且,對(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的目字型和九宮格型管進(jìn)行了耐撞性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。本文首先分析了金屬薄壁管軸向壓潰的變形和吸能原理,基于現(xiàn)有的理論推導(dǎo)了矩形非均布目字型截面金屬薄壁管的平均壓潰力預(yù)測(cè)公式。之后,針對(duì)普通截面(口字型、日字型和目字型)和多胞截面(田字型和九宮格型)分別進(jìn)行了軸向準(zhǔn)靜態(tài)壓潰有限元分析。此外,為了初步研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于耐撞性的影響,針對(duì)目字型、田字型和九宮格型薄壁管的壁厚,目字型和九宮格型的內(nèi)部肋板布置這些參數(shù)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)分析。在參數(shù)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,對(duì)目字型薄壁管選取了三個(gè)壁厚變量、一個(gè)內(nèi)部布置變量;針對(duì)九宮格型薄壁管選取了兩個(gè)壁厚變量、一個(gè)內(nèi)部布置變量,確定耐撞性平均壓潰力(MCF)和比吸能(SEA)為目標(biāo),對(duì)兩種薄壁管件進(jìn)行了確定性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),并從Pareto解集中找到兩種結(jié)構(gòu)的確定性最優(yōu)解。最后,基于質(zhì)量管理思想對(duì)兩種管件進(jìn)行了穩(wěn)健性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì),得出了穩(wěn)健性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)結(jié)果。通過(guò)比較理論預(yù)測(cè)、試驗(yàn)和有限元仿真的結(jié)果,一方面驗(yàn)證了有限元仿真模型和新推導(dǎo)的理論預(yù)測(cè)公式的準(zhǔn)確性和可靠性,另一方面發(fā)現(xiàn)在簡(jiǎn)單截面中,目字型薄壁管具有較好的耐撞性能;在多胞截面中,九宮格薄壁管的吸能性能非常優(yōu)秀。通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析和多目標(biāo)優(yōu)化代理模型的建立,發(fā)現(xiàn)壁厚參數(shù)和內(nèi)部肋板布置位置對(duì)結(jié)構(gòu)耐撞性能有比較大的影響。此外,從多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果可以看出,最優(yōu)解的目字型和九宮格管件有著更加合適的管件壁厚設(shè)計(jì)和內(nèi)部肋板位置安排,因此耐撞性能和初始設(shè)計(jì)相比有了較大提升。然而由于生產(chǎn)制造、材料屬性等不確定因素的影響導(dǎo)致確定性?xún)?yōu)化最優(yōu)解的穩(wěn)健性較差。最后,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了穩(wěn)健性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì),雖然穩(wěn)健性?xún)?yōu)化結(jié)果在性能上有所犧牲,但其穩(wěn)健性有較大提高。
【圖文】：

圖 1.1 汽車(chē) 100%、40%正面碰撞、側(cè)面碰撞Fig 1.1 100% and 40% frontal impact and side impact車(chē)車(chē)身在汽車(chē)被動(dòng)安全中起著重要作用，為了提升整車(chē)被動(dòng)安全性能，的車(chē)企采用了高強(qiáng)度車(chē)身甚至新型結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料。一般用耐撞性來(lái)描車(chē)身結(jié)構(gòu)碰撞時(shí)的安全性能，在進(jìn)行耐撞性的設(shè)計(jì)時(shí)一般將整車(chē)車(chē)身結(jié)性進(jìn)行分解，分為多個(gè)耐撞性子結(jié)構(gòu)，例如前后保險(xiǎn)杠、前縱梁、B 柱加門(mén)防撞桿等。通過(guò)變形模式、能量吸收、侵入量和傳力路徑分析每個(gè)子車(chē)正面碰撞和側(cè)面碰撞中的貢獻(xiàn)和作用。此外，還要設(shè)計(jì)合理的子結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)子結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立耐撞性評(píng)價(jià)。例如，在開(kāi)發(fā)整車(chē)正面碰時(shí)，首先根據(jù)傳力路徑、能量分配、侵入量和車(chē)體減速度將車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)解，分解成多個(gè)零部件，決定主要部件的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和結(jié)構(gòu)屬性等，部件試驗(yàn)驗(yàn)證。子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后再進(jìn)行系統(tǒng)集成，然后需要進(jìn)行整于汽車(chē)正面碰撞來(lái)說(shuō)，起到被動(dòng)安全保護(hù)作用的結(jié)構(gòu)主要是前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)

第一章 緒論為首的團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于金屬薄壁管件軸向耐撞性的研究，他們發(fā)現(xiàn)漸進(jìn)折疊壓潰是種高吸能效率的壓潰方式[10]。漸進(jìn)折疊壓潰是指當(dāng)金屬薄壁管件受到軸向碰撞荷時(shí)，管件會(huì)以產(chǎn)生褶皺的形式吸收能量并且不斷潰縮，典型的漸進(jìn)折疊壓潰皺變形如圖 1.2 所示。之后，越來(lái)越多的學(xué)者更為深入地探索了金屬薄壁管件的向耐撞性，，試圖找到有較好的吸能能力同時(shí)質(zhì)量較小的某些結(jié)構(gòu)[11-14]。研究方主要包括對(duì)不同材料（金屬材料、復(fù)合材料等）、不同外部形狀（圓形截面、三形截面、矩形截面、多邊形截面等）和各種不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)（多胞結(jié)構(gòu)等）的耐性理論分析、準(zhǔn)靜態(tài)壓潰試驗(yàn)分析、有限元仿真和優(yōu)化研究[15-20]。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U467.14;U463.83

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本文編號(hào)：2679405