本文關(guān)鍵詞：異形薄壁結(jié)構(gòu)的耐撞性研究及其優(yōu)化設(shè)計(jì)　出處：《湖南大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：由于金屬薄壁結(jié)構(gòu)良好的吸能特性、顯著的輕量化效應(yīng)及較低的制造成本,其作為緩沖能量吸收裝置被廣泛地運(yùn)用于汽車及飛機(jī)的前端結(jié)構(gòu),以達(dá)到保護(hù)乘客的目的。廣大學(xué)者已經(jīng)對(duì)圓形、方形、六邊形等傳統(tǒng)金屬薄壁結(jié)構(gòu)開展了大量的研究工作,為了進(jìn)一步探究和提高金屬薄壁結(jié)構(gòu)的耐撞性,本文主要針對(duì)異形金屬薄壁結(jié)構(gòu)開展了一系列的研究,以直圓管為基礎(chǔ),對(duì)其徑向和軸向進(jìn)行函數(shù)變換,主要以下兩方面的工作:(1)本文利用傅里葉函數(shù)展開圓管的橫截面形狀提出了一種新型的薄壁管狀結(jié)構(gòu):傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)下的壓縮實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)分析了其變形特點(diǎn)及吸能特性。進(jìn)一步地,構(gòu)建了傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)的有限元模型,主要包括材料及加載設(shè)置,網(wǎng)格劃分及接觸處理,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有限元數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了所構(gòu)建的有限元模型的有效性。然后,基于有效的有限元模型,分析了橫截面形狀、橫截面周長及管壁厚度對(duì)該類結(jié)構(gòu)變形模式及吸能特性的影響。結(jié)果表明:傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)的變形模式極大地受到橫截面形狀、橫截面周長及管壁厚度的影響,同時(shí)傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)具有巨大的吸能潛力。最后,采用離散優(yōu)化的方法對(duì)傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得其最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。(2)本文利用正弦式三角函數(shù)控制圓管軸向形狀的變化,提出了另一種新型的薄壁管狀結(jié)構(gòu):正弦式波紋薄壁結(jié)構(gòu),并構(gòu)建了正弦式波紋管的有限元模型,利用圓管的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了模型驗(yàn)證。然后,基于有效的有限元模型,分析了波長與振幅對(duì)變形模式及吸能特性的影響,同時(shí)引入了載荷波動(dòng)度的概念,分析了波長與振幅對(duì)結(jié)構(gòu)載荷波動(dòng)度的影響。進(jìn)一步地,分析了名義直徑和管壁厚度對(duì)變形模式的影響。結(jié)果表明:通過參數(shù)設(shè)計(jì)能夠較好的控制和預(yù)測正弦式波紋管的變形模式,極大地降低初始峰值力。最后,利用拉丁超立方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及徑向基代理模型方法構(gòu)建代理模型,采用非支配排序遺傳算法對(duì)正弦式波紋管進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了其Pareto最優(yōu)設(shè)計(jì)解。
[Abstract]:Due to its good energy absorption characteristics, significant lightweight effect and low manufacturing cost, metal thin-walled structure is widely used as a buffer energy absorber device in the front end of automobile and aircraft. In order to protect passengers, many scholars have carried out a lot of research on traditional metal thin-walled structures, such as circular, square, hexagonal, in order to further explore and improve the crashworthiness of metal thin-walled structures. In this paper, a series of researches have been carried out on the special-shaped metal thin-walled structure, and the radial and axial function transformation has been carried out on the basis of the straight circular tube. In this paper, a new thin-walled tubular structure called Fourier special-shaped thin-walled structure is proposed by using Fourier function to expand the shape of the cross section of the pipe. The quasi-static compression experiments were carried out, and the deformation and energy absorption characteristics were analyzed. Furthermore, the finite element model of the Fourier special-shaped thin-walled structure was constructed, including material and loading settings. Mesh generation and contact processing, the experimental results and finite element numerical simulation results are compared to verify the validity of the proposed finite element model. Then, based on the effective finite element model, the cross-section shape is analyzed. The influence of circumference of cross section and thickness of tube wall on the deformation mode and energy absorption characteristics of this kind of structure shows that the deformation mode of Fourier special-shaped thin-walled structure is greatly affected by cross-section shape. The influence of cross section circumference and pipe wall thickness, and the Fourier profiled thin-walled structure has great energy absorption potential. Finally, the discrete optimization method is used to optimize the design of Fourier profiled thin-walled structure. In this paper, a new type of thin-walled tubular structure: sinusoidal corrugated thin-walled structure is proposed by using sinusoidal trigonometric function to control the change of axial shape of circular tube. The finite element model of sinusoidal corrugated tube is constructed and verified by quasi-static compression experiment of circular tube. Then, based on the effective finite element model. The influence of wavelength and amplitude on deformation mode and energy absorption characteristics is analyzed. The concept of load fluctuation is introduced, and the influence of wavelength and amplitude on structural load fluctuation is analyzed. The effect of nominal diameter and wall thickness on deformation mode is analyzed. The results show that the deformation mode of sinusoidal bellows can be controlled and predicted by parameter design, and the initial peak force can be greatly reduced. The Latin hypercube experimental design method and the radial basis function agent model are used to construct the agent model, and the non-dominated sorting genetic algorithm is used to optimize the multi-objective design of sinusoidal bellows. The Pareto optimal design solution is obtained.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.8

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本文編號(hào)：1375211