汽车吸能盒结构设计及性能研究

作     者：顾晗 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陆振乾

授予年度：2023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：汽车安全 吸能盒 结构设计 剪切增稠胶 性能分析 

摘      要：汽车低速碰撞安全一直是汽车被动防护领域的研究重点,虽然现在车辆智能性有所提高,但是仍避免不了低速碰撞的发生。汽车吸能盒一般安装在汽车前部,主要通过变形来吸收能量,减少冲击对车体的损伤。目前市面上的吸能盒主要存在碰撞峰值力过大和吸能量不足的问题,碰撞时会对汽车零部件和乘员造成不可挽回的伤害,因此针对汽车吸能盒的研究对于汽车安全有重要意义。本文根据汽车低速碰撞RCAR标准,对吸能盒进行了结构设计及性能研究,研究内容及结论如下:开展铝合金吸能盒的准静态压缩试验,并建立吸能盒模型,利用ABAQUS软件分析其在准静态测试下的峰值力和总吸能量,与试验结果进行比较,验证仿真模型的准确性。通过有限元分析了截面形状对吸能性能的影响,结果表明,截面形状为正八边形和正六边形拥有最优异的吸能性能。对不同截面形状的吸能盒模型进行了结构改进设计,分析不同诱导槽和功能梯度结构对吸能性能的影响。研究发现,对于不同的截面形状,进行适当的结构改进可以降低峰值力并提高吸能量。设计了不同形状的多胞结构吸能盒,分析多胞结构在低速冲击下的吸能性能。研究发现,多胞结构可以有效地提高吸能盒的比吸能,其中在正八边形内添加了多胞结构后,比吸能最高可以提高36.3%。通过对多胞结构进行结构改进可以明显降低峰值力以及提高吸能量。其中,外圆开孔内方梯度模型峰值力较原模型降低了45.4%,吸能量提高了6.8%。建立了负泊松比组合结构模型,分析其碰撞性能。结果表明,添加合适的负泊松比结构可以增加吸能盒的总吸能量,且不会增加峰值力。使用硼酸、SiO和羟基硅油制备了不同参数的剪切增稠胶(STG),研究了制备工艺参数对流变性能的影响,结果发现,STG的储能模量随着硼酸和Si O质量分数的提高而增大。建立横截面为外圆内方的吸能盒模型,将STG填入吸能盒中,使用ABAQUS软件进行流-固耦合分析。仿真结果表明,添加STG的吸能盒峰值力降低了16.5%,总吸能量提高了31.3%,并会使吸能盒发生更加规律的破坏变形。建立不同开孔形状的模型,有限元分析表明,内开正方形孔的总吸能量最高,比最低的内开正六边形孔多了11.8%。建立内开不同方孔的吸能盒模型,仿真结果显示,总吸能量随着方孔边长的增大而降低。