面向汽车被动安全的凹多边形管在多角度碰撞下的耐撞性研究

作     者：金林 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘旺玉

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：汽车被动安全 耐撞性 凹形截面 泡沫填充管 样条曲线 

摘      要：随着汽车保有量的增加,汽车碰撞不可避免的增多,由于汽车碰撞造成的人员伤亡数量也在不断增加,人们对提高汽车被动安全有着迫切的需求。在汽车发生碰撞时,汽车吸能结构起到主要的保护作用,因此研究汽车吸能结构的耐撞性对于提升汽车被动安全有重要的意义。薄壁结构因为能有效地将碰撞动能转化为塑性变形能而被广泛地应用在车辆的吸能结构中。吸能结构的耐撞性与截面形状,几何尺寸和碰撞情况有关。本文围绕凹角管在多角度碰撞下的耐撞性进行系统性研究:1.基于准静态压缩试验,对凹角管在轴向碰撞下的变形和吸能特性进行了研究。利用数值仿真分析了角单元对凹角管变形和耐撞性的影响,结果表明,凹角管所受的平均力随着角单元的增加而减少;而且,相对于方管凹角管具有良好的吸能特性。通过理论分析,得到凹角管平均力的预测公式。2.分别对凹角管的结构参数直径D,厚度t,高度H和角单元θ进行了参数化分析,给出了凹角管最终变形分布图,分析结构参数对凹角管耐撞性的影响。结果表明直径是决定凹角管变形的主要因素。利用平均力F和厚度t之间的数量关系验证了仿真结果。3.采用了试验,理论和仿真相结合的方式分析泡沫铝在多角度碰撞下的变形和吸能特性。提出一种泡沫铝和凹角管组成的泡沫填充管,仿真结果表明,角单元θ,泡沫密度ρ和厚度t是影响填充管吸能特性的重要参数。其中泡沫密度对填充管耐撞性提升的效果最好;凹角截面带来的负泊松比效应对填充管的吸能量有明显提升,同时会增强凹角管和泡沫铝的相互作用。4.将星形截面应用在锥形管设计中,对锥角和厚度t进行参数化分析,结果表明,锥角是决定变形和吸能的主要因素。在多角度碰撞下,锥角能够阻止星形管发生整体弯曲变形,从而维持较高的吸能能力。根据锥角对吸能的影响规律,提出样条曲线锥形星形管。以样条曲线轮廓作为优化目标,基于代理模型进行多目标优化。优化的结果显示,在F不变的基础上SEA提升了9.87%。