本文關(guān)鍵詞：薄壁多胞結(jié)構(gòu)耐撞性研究

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【摘要】：金屬薄壁吸能結(jié)構(gòu)具有良好的吸能效果,因而被廣泛用作汽車(chē)的吸能部件。設(shè)計(jì)出具有良好耐撞性能、輕質(zhì)高效的金屬薄壁吸能結(jié)構(gòu),對(duì)于提高汽車(chē)被動(dòng)安全水平、節(jié)約能源等方面具有重要意義。本文研究工作圍繞提高金屬薄壁吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性能展開(kāi)。為了改善薄壁吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性能,本文提出了4類新型吸能結(jié)構(gòu),并對(duì)其耐撞性能進(jìn)行了深入研究。首先,為了推導(dǎo)新型吸能結(jié)構(gòu)在軸向壓潰下的平均載荷理論公式,同時(shí)利用有限元仿真方法對(duì)新型吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐撞性研究,本文重點(diǎn)介紹了超折疊單元理論與簡(jiǎn)化超折疊單元理論,并簡(jiǎn)述了顯式非線性有限元理論的相關(guān)理論。然后,本文基于簡(jiǎn)化超折疊單元理論,推導(dǎo)了新型吸能結(jié)構(gòu)在軸向壓潰下的平均載荷理論公式。為了改善薄壁吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性能,本文提出一種新型吸能結(jié)構(gòu)：雙六邊形多胞管。根據(jù)簡(jiǎn)化超折疊單元理論,將4類雙六邊形多胞管的截面劃分為三種基本角單元：2-型角單元、3-型角單元、T-型角單元,分別介紹了每類角單元的能量耗散表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了4類雙六邊形多胞管在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式�？紤]到結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)效應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)平均載荷的影響,推導(dǎo)了4類雙六邊形多胞管在動(dòng)態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式。其次,本文基于有限元仿真方法研究多胞管的耐撞性能,同時(shí)利用仿真結(jié)果對(duì)平均載荷理論公式進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。采用全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)4類雙六邊形多胞管進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì),每類結(jié)構(gòu)選取16個(gè)試驗(yàn)樣本點(diǎn),并分別建立有限元模型,共對(duì)64個(gè)模型進(jìn)行軸向動(dòng)態(tài)壓潰仿真計(jì)算。將仿真得到的平均載荷與采用本文理論公式計(jì)算求得的理論預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了雙六邊形多胞管的平均載荷理論公式的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明：Type-2多胞管具有最高的比吸能和載荷效率,因而具有最優(yōu)的耐撞性能。最后,本文對(duì)Type-2型雙六邊形多胞管的工程應(yīng)用進(jìn)行了探究。由于Type-2型雙六邊形多胞管具備優(yōu)良的耐撞性能,本文提出了一種新型吸能盒：Type-2吸能盒。將原吸能盒與Type-2吸能盒分別應(yīng)用到某款車(chē)型的前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)中,建立其有限元模型,并進(jìn)行100%正面低速碰撞(16km/h)和高速碰撞(50km/h)仿真計(jì)算。將二者的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明：相比原吸能盒,應(yīng)用Type-2吸能盒對(duì)改善前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)的耐撞性能貢獻(xiàn)更大,同時(shí),采用Type-2吸能盒結(jié)構(gòu)的質(zhì)量降低了35.54%,有利于車(chē)身的輕量化設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：多胞結(jié)構(gòu) 耐撞性 理論預(yù)測(cè) 數(shù)值仿真 輕量化設(shè)計(jì)
【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)】：U467.14
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 課題的研究背景及意義12-14
• 1.2 薄壁吸能結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15
• 1.3 課題的來(lái)源15
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第2章 薄壁吸能結(jié)構(gòu)研究的理論基礎(chǔ)17-26
• 2.1 超折疊單元理論與簡(jiǎn)化超折疊單元理論17-21
• 2.1.1 超折疊單元理論17-19
• 2.1.2 簡(jiǎn)化超折疊單元理論19-21
• 2.2 顯式非線性有限元理論21-25
• 2.2.1 時(shí)間步長(zhǎng)與質(zhì)量縮放21-23
• 2.2.2 接觸—碰撞界面處理23-24
• 2.2.3 縮減積分與沙漏控制問(wèn)題24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 雙六邊形多胞管的理論分析26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 雙六邊形多胞管的提出26
• 3.3 單元的能量耗散26-29
• 3.3.1 面板單元的彎曲變形能26-27
• 3.3.2 角單元的薄膜能27-29
• 3.4 雙六邊形多胞管在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論預(yù)測(cè)29-33
• 3.4.1 Type-1多胞管在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式30-31
• 3.4.2 Type-2多胞管在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式31
• 3.4.3 Type-3多胞管在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式31-32
• 3.4.4 Type-4多胞管在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式32-33
• 3.5 雙六邊形多胞管在動(dòng)態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論預(yù)測(cè)33-34
• 3.5.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)效應(yīng)33-34
• 3.5.2 雙六邊形多胞管在動(dòng)態(tài)軸向壓潰下的平均載荷理論公式34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第4章 雙六邊形多胞管的數(shù)值仿真與理論驗(yàn)證35-46
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)35-36
• 4.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法35
• 4.1.2 基于仿真的試驗(yàn)設(shè)計(jì)35-36
• 4.2 軸向動(dòng)態(tài)壓潰的有限元模型36-40
• 4.2.1 有限元模型的建立36-39
• 4.2.2 有限元模型的可靠性驗(yàn)證39-40
• 4.3 雙六邊形多胞管的耐撞性能40-43
• 4.3.1 吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性能評(píng)價(jià)指標(biāo)40-41
• 4.3.2 吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性能對(duì)比分析41-43
• 4.4 平均載荷理論公式的驗(yàn)證43-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第5章 Type-2吸能盒在整車(chē)上的應(yīng)用46-58
• 5.1 引言46
• 5.2 吸能盒的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)46-47
• 5.3 正面碰撞有限元模型47-50
• 5.3.1 有限元模型的建立47-49
• 5.3.2 有限元模型的可靠性驗(yàn)證49-50
• 5.4 低速碰撞時(shí)吸能盒耐撞性能對(duì)比50-54
• 5.5 高速碰撞時(shí)吸能盒耐撞性能對(duì)比54-57
• 5.6 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論與展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 致謝63-64
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間的研究成果64

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本文編號(hào)：528650