本文關(guān)鍵詞：基于泡沫鋁的轎車B柱剛度優(yōu)化及輕量化

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【摘要】：在汽車常見碰撞類型中,側(cè)面碰撞是造成損失較為嚴(yán)重的類型之一。汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時,B柱是承受和傳遞沖擊載荷的主要部件,其抗撞性的提高對乘員保護和整車碰撞安全性的提高具有深遠意義。泡沫鋁作為一種兼具低密度、高比強度、高比剛度和良好吸能性能的新型材料,已被成功的應(yīng)用于汽車領(lǐng)域內(nèi),因此可以通過將泡沫鋁填入B柱實現(xiàn)其抗撞性的提高。本文以一款轎車的B柱為研究對象,參照中國新車評價規(guī)程C-NCAP建立了整車側(cè)面碰撞有限元模型,通過分析能量曲線和質(zhì)量增加曲線,驗證了分析模型的可信性。接著對B柱的變形進行了分析,提取B柱的侵入量、侵入速度曲線,并進行了詳細的分析。根據(jù)理想化假設(shè),首先建立了體心立方泡沫鋁單胞模型,考慮壓縮過程中單胞之間的相互作用力,最終選擇了由體心立方單胞模型周期性形成的27胞堆砌結(jié)構(gòu)進行研究。利用LS-DYNA軟件完成了泡沫鋁準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮仿真,通過能量曲線分析和與已有實驗數(shù)據(jù)進行對比,證明了所建泡沫鋁模型的有效性,然后對泡沫鋁的壓縮力學(xué)性能和吸能性能進行了詳細的研究分析。最后將仿真得出的孔隙率為76%的泡沫鋁填充在空心圓形鋁管中,通過與空心圓形鋁管在吸能量和壓縮位移量的對比,證明了泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的吸能效果。將泡沫鋁填充于B柱中,借助正交試驗和多因素權(quán)重優(yōu)化方法,結(jié)合仿真所得泡沫鋁參數(shù),以泡沫鋁的孔隙率、基體材料和B柱的厚度作為設(shè)計變量,侵入量及侵入速度作為評價指標(biāo),求解獲得了泡沫鋁填充B柱的最佳組合,實現(xiàn)了B柱的優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化結(jié)果表明,填充泡沫鋁B柱結(jié)構(gòu)的重量下降但剛度和吸能量在側(cè)面碰撞中均有顯著提高,為車輛側(cè)面碰撞的耐撞性設(shè)計提供了可行性參考。
【關(guān)鍵詞】：側(cè)面碰撞 B柱 泡沫鋁 壓縮仿真
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.83
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 課題的研究背景及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-16
• 1.2.1 汽車側(cè)面碰撞研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 汽車輕量化研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本課題研究內(nèi)容16-18
• 第二章 碰撞仿真有限元法基礎(chǔ)理論18-26
• 2.1 非線性有限元法相關(guān)理論18-20
• 2.1.1 物質(zhì)描述18-19
• 2.1.2 守恒方程19-20
• 2.1.3 中心差分法20
• 2.2 LS-DYNA碰撞基本理論20-25
• 2.2.1 時間步長控制與質(zhì)量縮放20-22
• 2.2.2 接觸問題22-23
• 2.2.3 負體積問題23-25
• 2.2.4 沙漏控制問題25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第三章 整車側(cè)面碰撞仿真分析26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 碰撞模型建立26-28
• 3.2.1 整車模型26-27
• 3.2.2 坐標(biāo)系定義27
• 3.2.3 接觸類型27
• 3.2.4 加載及邊界條件27-28
• 3.3 碰撞結(jié)果分析28-33
• 3.3.1 仿真正確性驗證28-30
• 3.3.2 變形分析30
• 3.3.3 B柱侵入量分析30-32
• 3.3.4 B柱侵入速度分析32-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第四章 泡沫鋁準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮有限元仿真34-51
• 4.1 泡沫鋁壓縮機理和壓縮性能理想曲線34-35
• 4.2 泡沫鋁準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮模擬35-38
• 4.2.1 泡沫鋁建模的理想化假設(shè)35
• 4.2.2 幾何模型35-36
• 4.2.3 實驗布置36-37
• 4.2.4 材料模型37
• 4.2.5 邊界條件施加37-38
• 4.3 仿真可信度分析38-40
• 4.3.1 能量曲線分析38-39
• 4.3.2 仿真結(jié)果與文獻的對比驗證39-40
• 4.4 壓縮性能分析40-46
• 4.4.1 孔隙率影響40-41
• 4.4.2 基體材料影響41-42
• 4.4.3 泡沫鋁彈性模量和屈服強度仿真值42-43
• 4.4.4 吸能分析43-46
• 4.5 泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)在軸向沖擊載荷下的吸能驗證46-50
• 4.5.1 有限元模型建立46
• 4.5.2 材料模型46
• 4.5.3 接觸定義46-47
• 4.5.4 邊界條件施加47
• 4.5.5 結(jié)果分析47-50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 第五章 基于泡沫鋁的B柱優(yōu)化設(shè)計51-66
• 5.1 優(yōu)化設(shè)計方法51-54
• 5.1.1 試驗設(shè)計51-52
• 5.1.2 多因素權(quán)重優(yōu)化52-54
• 5.2 碰撞優(yōu)化過程和分析54-60
• 5.2.1 填充泡沫鋁B柱模型54-55
• 5.2.2 正交試驗設(shè)計55-57
• 5.2.3 評價指標(biāo)結(jié)果分析57-58
• 5.2.4 優(yōu)化方案選取58-60
• 5.3 優(yōu)化方案評定60-65
• 5.3.1 侵入量評定60-62
• 5.3.2 侵入速度評定62-63
• 5.3.3 吸能評定63-65
• 5.3.4 優(yōu)化方案整體評價65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的項目及發(fā)表的論文72-73
• 致謝73

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本文編號：1015762