【摘要】：汽車前縱梁是重要的車身結構件,在汽車發(fā)生正面碰撞時前縱梁通過潰縮變形吸收碰撞能量,從而起到一定的保護動力總成和車內乘員的作用。傳統(tǒng)的汽車前縱梁一般為矩形截面長管,有研究指出,在受到軸向碰撞壓潰載荷時,多胞復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,因此這種復雜結構受到越來越多學者的關注。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,對結構比較復雜的目字型和九宮格型管進行了耐撞性優(yōu)化設計。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)有的理論推導了矩形非均布目字型截面金屬薄壁管的平均壓潰力預測公式。之后,針對普通截面(口字型、日字型和目字型)和多胞截面(田字型和九宮格型)分別進行了軸向準靜態(tài)壓潰有限元分析。此外,為了初步研究結構參數(shù)對于耐撞性的影響,針對目字型、田字型和九宮格型薄壁管的壁厚,目字型和九宮格型的內部肋板布置這些參數(shù)進行了結構參數(shù)分析。在參數(shù)分析結果的基礎上,對目字型薄壁管選取了三個壁厚變量、一個內部布置變量;針對九宮格型薄壁管選取了兩個壁厚變量、一個內部布置變量,確定耐撞性平均壓潰力(MCF)和比吸能(SEA)為目標,對兩種薄壁管件進行了確定性多目標優(yōu)化設計,并從Pareto解集中找到兩種結構的確定性最優(yōu)解。最后,基于質量管理思想對兩種管件進行了穩(wěn)健性優(yōu)化設計,得出了穩(wěn)健性優(yōu)化設計的最優(yōu)結果。通過比較理論預測、試驗和有限元仿真的結果,一方面驗證了有限元仿真模型和新推導的理論預測公式的準確性和可靠性,另一方面發(fā)現(xiàn)在簡單截面中,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。通過結構參數(shù)分析和多目標優(yōu)化代理模型的建立,發(fā)現(xiàn)壁厚參數(shù)和內部肋板布置位置對結構耐撞性能有比較大的影響。此外,從多目標優(yōu)化結果可以看出,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計和內部肋板位置安排,因此耐撞性能和初始設計相比有了較大提升。然而由于生產(chǎn)制造、材料屬性等不確定因素的影響導致確定性優(yōu)化最優(yōu)解的穩(wěn)健性較差。最后,對結構進行了穩(wěn)健性優(yōu)化設計,雖然穩(wěn)健性優(yōu)化結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 100%、40%正面碰撞、側面碰撞Fig 1.1 100% and 40% frontal impact and side impact車車身在汽車被動安全中起著重要作用，為了提升整車被動安全性能，的車企采用了高強度車身甚至新型結構和復合材料。一般用耐撞性來描車身結構碰撞時的安全性能，在進行耐撞性的設計時一般將整車車身結性進行分解，分為多個耐撞性子結構，例如前后保險杠、前縱梁、B 柱加門防撞桿等。通過變形模式、能量吸收、侵入量和傳力路徑分析每個子車正面碰撞和側面碰撞中的貢獻和作用。此外，還要設計合理的子結構，對各個子結構或系統(tǒng)進行獨立耐撞性評價。例如，在開發(fā)整車正面碰時，首先根據(jù)傳力路徑、能量分配、侵入量和車體減速度將車身結構進解，分解成多個零部件，決定主要部件的結構尺寸參數(shù)和結構屬性等，部件試驗驗證。子結構設計完成之后再進行系統(tǒng)集成，然后需要進行整于汽車正面碰撞來說，起到被動安全保護作用的結構主要是前保險杠系統(tǒng)

第一章 緒論為首的團隊專注于金屬薄壁管件軸向耐撞性的研究，他們發(fā)現(xiàn)漸進折疊壓潰是種高吸能效率的壓潰方式[10]。漸進折疊壓潰是指當金屬薄壁管件受到軸向碰撞荷時，管件會以產(chǎn)生褶皺的形式吸收能量并且不斷潰縮，典型的漸進折疊壓潰皺變形如圖 1.2 所示。之后，越來越多的學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質量較小的某些結構[11-14]。研究方主要包括對不同材料（金屬材料、復合材料等）、不同外部形狀（圓形截面、三形截面、矩形截面、多邊形截面等）和各種不同內部結構（多胞結構等）的耐性理論分析、準靜態(tài)壓潰試驗分析、有限元仿真和優(yōu)化研究[15-20]。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U467.14;U463.83

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本文編號：2679405