泡沫铝填充薄壁结构的弯曲行为研究与优化设计

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随着社会经济的发展和科技的不断进步，汽车的保有量逐年增加，造成交通安全事故频发，所以汽车安全性得到了极大的关注与重视。而在车辆受到冲击时，防撞梁、保险杆、A柱、B柱等车身主要薄壁吸能结构均会发生不同程度的弯曲变形。因此，如何提高车身结构的吸能特性和抗弯性，已成为了汽车安全领域面临的一个新挑战。另外，当今节能、环保已成为汽车工业发展的主题，通过增加车身中薄壁结构的壁厚(增加质量)提高抗弯耐撞性能，已经不能满足现代轻量化设计理念。所以具有低密度、高比强度、高的比刚度的轻质金属泡沫逐渐引起了结构设计者的关注，将其作为填充物填充在薄壁结构中，不仅能够有效提高抗弯承载性能，还能够大大提升结构的吸能效率。因此，本文对铝泡沫填充薄壁结构进行了耐撞性研究，同时提出了一种新型的功能梯度泡沫填充薄壁结构，梯度铝泡沫的密度按照一定规律变化。文中采用实验分析和数值模拟的研究方法，对梯度泡沫填充圆管进行了弯曲耐撞性研究，并基于数值优化方法与近似技术开展填充薄壁结构的多目标优化设计，获得具有最优耐撞性能的材料参数匹配。主要的研究内容如下述的几个方面：首先，本文建立了空管、均匀泡沫和梯度泡沫填充薄壁结构有限元模型，并开展抗弯性试验，验证数值模型的准确性；系统地分析了空管、均匀泡沫以及梯度泡沫填充薄壁圆管在弯曲工况下的力学响应和能量吸收特性，研究发现泡沫填充能够有效提高外管的抗弯耐撞性能。且梯度泡沫填充能够使外管由单褶皱转变为多褶皱模式，降低了截面扁化量，减小局部变形过大而造成的失效风险，结构的承载力和吸能性显著优于其他两种结构；其次，文中分析了压头直径、跨距和泡沫填充长度三种工况对结构抗弯性能的影响，揭示出了不同工况下梯度泡沫填充管的抗弯耐撞性能变化规律；最后，为了进一步探索泡沫填充结构的最优抗弯耐撞性能，文中分析了不同设计参数对结构抗弯性的影响，形成相关的设计参数，结合 Kriging近似技术和多目标粒子群优化算法，对均匀泡沫、梯度泡沫填充薄壁结构进行了多目标优化设计，获得结构的最佳参数匹配，有效地提高泡沫填充薄壁结构的综合耐撞性能，并为实际工程中耐撞抗弯结构的设计提供理论依据。

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作者
刘舒然;
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作者单位

华侨大学;

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授予单位华侨大学;
学科车辆工程
授予学位硕士
导师姓名张勇;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
泡沫铝; 填充; 薄壁结构; 弯曲; 行为研究;

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