變截面薄壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其耐撞性研究.pdf

1、金屬薄壁結(jié)構(gòu)以其輕質(zhì)且高效的吸能特性而廣泛應(yīng)用于汽車的碰撞能量耗散系統(tǒng)中，對(duì)于車身薄壁結(jié)構(gòu)的研究也一直是一個(gè)熱點(diǎn)。然而，目前國(guó)內(nèi)外很少有相關(guān)文獻(xiàn)涉及到金屬薄壁結(jié)構(gòu)橫截面沿中軸線方向的變化類型對(duì)結(jié)構(gòu)耐撞性的影響。為此，本文提出了一系列橫截面沿中軸線變化的功能梯度變截面薄壁結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容如下：
　　(1)設(shè)計(jì)了變截面薄壁圓管結(jié)構(gòu)，建立了與之對(duì)應(yīng)的軸向碰撞有限元模型，通過實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果驗(yàn)證該模型的有效性。基于該模型，研究了形狀控制參數(shù)對(duì)

2、變截面管耐撞性的影響，并與傳統(tǒng)等直圓管和圓錐管進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明變截面管在吸能和乘員保護(hù)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。然后以結(jié)構(gòu)的比吸能和初始峰值力為優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)構(gòu)的形狀參數(shù)為變量，對(duì)變截面管進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，以此來提高結(jié)構(gòu)的耐撞性能。
　　(2)考慮到實(shí)際碰撞中車身吸能部件會(huì)承受斜向碰撞，而相比于軸向碰撞，斜向碰撞工況下對(duì)變截面管的設(shè)計(jì)要求會(huì)不同。因此本文研究了變截面管在多角度斜碰下的耐撞性，并與傳統(tǒng)等直徑圓管和圓錐管進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示

3、變截面管在吸能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。此外，分析了多角度加載情況下變截面管在不同碰撞速度、不同梯度指數(shù)和碰撞壓潰距離下的吸能特性。
　　(3)將變截面設(shè)計(jì)思想引入S形梁，研究了變截面S形梁直徑沿中軸線變化類型和形狀參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)耐撞性的影響，結(jié)果表明兩端直徑差值越大且直徑由小到大逐漸變化的S形梁，其吸能效果越好。在此基礎(chǔ)上，對(duì)S形梁徑向橫截面形狀通過函數(shù)進(jìn)行漸進(jìn)變化設(shè)計(jì)。結(jié)果顯示:與變截面S形梁相比，橫截面經(jīng)過漸進(jìn)變化設(shè)計(jì)的S形梁，其吸能效