本文關(guān)鍵詞：TRB帽形梁結(jié)構(gòu)的耐撞性研究及其優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：隨著汽車產(chǎn)量和保有量的快速增長,環(huán)境惡化與能源短缺等問題日益嚴重,節(jié)能和環(huán)保成為汽車工業(yè)在21世紀所必須面對的兩個巨大挑戰(zhàn),而解決這兩大挑戰(zhàn)的一個有效途徑就是汽車輕量化技術(shù)。軋制變厚度板(Tailor Rolled Blank,TRB)能根據(jù)零件的工況合理地分布材料,從而最大化材料的使用率,達到輕量化的效果。不僅如此,它相比于應(yīng)用廣泛的激光拼焊板(Tailor Welded Blank,TWB)還具有制造成本低、性能變化平緩、表面質(zhì)量高等優(yōu)勢,因此,TRB在汽車輕量化領(lǐng)域具有巨大的潛力。研究TRB零件的耐撞性及設(shè)計方法,對于進一步推動TRB在汽車車身上的應(yīng)用具有重要的意義。本文以理論模型為指導(dǎo)、以試驗工作為基礎(chǔ)、以數(shù)值模擬為輔助,對TRB帽形梁的耐撞性能開展了一系列研究工作:(1)為探究TRB帽形梁的耐撞性能,分別開展了TRB帽形梁與對應(yīng)的等質(zhì)量的等厚帽形梁的準靜態(tài)和動態(tài)軸向壓潰試驗,結(jié)果表明,在兩種工況下,TRB帽形梁均能夠保證吸能量的前提下顯著降低峰值力,從而減少乘員因沖擊而受到的損傷。(2)通過單向拉伸試驗研究了TRB的基本力學(xué)性能,以等厚區(qū)單向拉伸試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用插值法構(gòu)造了TRB的三維應(yīng)力應(yīng)變場,解決了TRB仿真模擬中不同厚度下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系難以確定的難題。(3)開展了TRB帽形梁在準靜態(tài)和動態(tài)壓潰條件下的仿真模型建模方法研究,通過仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的對比,發(fā)現(xiàn)兩者吻合良好,驗證了仿真建模方法的正確性。(4)基于精確的有限元模型,針對TRB帽形梁的各個尺寸參數(shù)對結(jié)構(gòu)耐撞性的影響進行了研究。為進一步提高TRB帽形梁的耐撞性能,利用代理模型和遺傳算法(NSGA-Ⅱ)對TRB帽形梁在準靜態(tài)工況和動態(tài)沖擊工況下的耐撞性分別進行了多目標優(yōu)化設(shè)計。基于單工況所擬合的各個代理模型,對TRB帽形梁進行了多工況優(yōu)化,結(jié)果表明,準靜態(tài)工況下的優(yōu)化結(jié)果在動態(tài)工況下未必最優(yōu),反之亦然。因此,在實際的優(yōu)化設(shè)計工作中,需進行多工況優(yōu)化,使優(yōu)化后的零件在各個工況下均能夠達到相對最優(yōu)的耐撞性能。
【關(guān)鍵詞】：軋制變厚度板 帽形梁 壓潰試驗 耐撞性能 NSGA-Ⅱ 多工況優(yōu)化設(shè)計
【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】：U467.14
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 引言14-15
• 1.2 軋制變厚度板介紹15-18
• 1.3 軋制變厚度板國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 耐撞性研究的理論基礎(chǔ)22-36
• 2.1 有限元理論簡介22-25
• 2.1.1 彈塑性動力學(xué)基本方程22-23
• 2.1.2 顯示積分算法23-24
• 2.1.3 單元介紹24
• 2.1.4 接觸-碰撞界面算法24-25
• 2.2 代理模型25-29
• 2.2.1 響應(yīng)面模型26-27
• 2.2.2 徑向基函數(shù)模型27
• 2.2.3 Kriging模型27-28
• 2.2.4 誤差估計準則28-29
• 2.3 試驗設(shè)計方法29-30
• 2.4 最優(yōu)化問題及優(yōu)化方法30-35
• 2.4.1 優(yōu)化問題的描述31-32
• 2.4.2 非支配排序遺傳算法(NSGA)及NSGA-Ⅱ32-34
• 2.4.3 Pareto最優(yōu)解34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 帽形梁的耐撞性試驗研究36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 薄壁結(jié)構(gòu)耐撞性能評價指標36-37
• 3.3 帽形梁的制作及其參數(shù)介紹37-39
• 3.3.1 帽形梁的制作37-38
• 3.3.2 帽形梁的幾何尺寸38-39
• 3.4 帽形梁的軸向準靜態(tài)壓潰試驗研究39-42
• 3.4.1 試驗設(shè)備及加載方案39
• 3.4.2 帽形梁準靜態(tài)軸向壓潰試驗結(jié)果與分析39-42
• 3.5 帽形梁的軸向動態(tài)沖擊試驗研究42-47
• 3.5.1 試驗設(shè)備介紹43-45
• 3.5.2 帽形梁動態(tài)沖擊試驗結(jié)果及分析45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 TRB帽形梁的耐撞性數(shù)值分析48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 軋制變厚度板基本力學(xué)性能48-53
• 4.2.1 單向拉伸試驗48-51
• 4.2.2 軋制變厚板應(yīng)力應(yīng)變場的構(gòu)造51-53
• 4.3 TRB帽形梁有限元模型的建立53-57
• 4.3.1 幾何模型的建立53
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分53-54
• 4.3.3 材料和厚度屬性的定義54-55
• 4.3.4 連接及加載條件的定義55-56
• 4.3.5 接觸定義56-57
• 4.4 TRB帽形梁數(shù)值仿真結(jié)果分析57-60
• 4.4.1 軸向準靜態(tài)加載工況下的TRB帽形梁數(shù)值仿真結(jié)果分析57-58
• 4.4.2 軸向動態(tài)沖擊工況下的TRB帽形梁數(shù)值仿真結(jié)果分析58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第5章 TRB帽形梁的耐撞性優(yōu)化設(shè)計61-76
• 5.1 引言61
• 5.2 設(shè)計參數(shù)對TRB帽形梁耐撞性的影響分析61-66
• 5.2.1 TRB帽形梁的設(shè)計參數(shù)61-62
• 5.2.2 設(shè)計參數(shù)對TRB帽形梁自身重量的影響62-64
• 5.2.3 設(shè)計參數(shù)對TRB帽形梁碰撞過程中峰值力的影響64-65
• 5.2.4 設(shè)計參數(shù)對TRB帽形梁碰撞過程中吸能的影響65
• 5.2.5 設(shè)計參數(shù)對TRB帽形梁碰撞過程中比吸能的影響65-66
• 5.3 單工況下TRB帽形梁的耐撞性優(yōu)化設(shè)計66-72
• 5.3.1 優(yōu)化問題描述66-67
• 5.3.2 近似模型的擬合67-68
• 5.3.3 準靜態(tài)工況下TRB帽形梁的耐撞性優(yōu)化結(jié)果68-70
• 5.3.4 動態(tài)沖擊工況下TRB帽形梁的耐撞性優(yōu)化結(jié)果70-72
• 5.4 多工況TRB帽形梁的耐撞性優(yōu)化設(shè)計72-74
• 5.4.1 優(yōu)化問題描述72
• 5.4.2 多工況TRB帽形梁的耐撞性優(yōu)化結(jié)果72-74
• 5.5 本章小結(jié)74-76
• 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻78-84
• 致謝84-85
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所授權(quán)的發(fā)明專利85

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