變截面薄壁結構的設計及其耐撞性研究.pdf

1、金屬薄壁結構以其輕質(zhì)且高效的吸能特性而廣泛應用于汽車的碰撞能量耗散系統(tǒng)中，對于車身薄壁結構的研究也一直是一個熱點。然而，目前國內(nèi)外很少有相關文獻涉及到金屬薄壁結構橫截面沿中軸線方向的變化類型對結構耐撞性的影響。為此，本文提出了一系列橫截面沿中軸線變化的功能梯度變截面薄壁結構，具體內(nèi)容如下：
　　(1)設計了變截面薄壁圓管結構，建立了與之對應的軸向碰撞有限元模型，通過實驗和仿真結果驗證該模型的有效性?；谠撃Ｐ?，研究了形狀控制參數(shù)對

2、變截面管耐撞性的影響，并與傳統(tǒng)等直圓管和圓錐管進行了對比，結果表明變截面管在吸能和乘員保護方面具有明顯的優(yōu)勢。然后以結構的比吸能和初始峰值力為優(yōu)化目標，結構的形狀參數(shù)為變量，對變截面管進行多目標優(yōu)化，以此來提高結構的耐撞性能。
　　(2)考慮到實際碰撞中車身吸能部件會承受斜向碰撞，而相比于軸向碰撞，斜向碰撞工況下對變截面管的設計要求會不同。因此本文研究了變截面管在多角度斜碰下的耐撞性，并與傳統(tǒng)等直徑圓管和圓錐管進行了對比，結果顯示

3、變截面管在吸能方面具有明顯優(yōu)勢。此外，分析了多角度加載情況下變截面管在不同碰撞速度、不同梯度指數(shù)和碰撞壓潰距離下的吸能特性。
　　(3)將變截面設計思想引入S形梁，研究了變截面S形梁直徑沿中軸線變化類型和形狀參數(shù)對結構耐撞性的影響，結果表明兩端直徑差值越大且直徑由小到大逐漸變化的S形梁，其吸能效果越好。在此基礎上，對S形梁徑向橫截面形狀通過函數(shù)進行漸進變化設計。結果顯示:與變截面S形梁相比，橫截面經(jīng)過漸進變化設計的S形梁，其吸能效