耦合缩径—膨胀—撕裂变形模式的圆管耐撞性研究

作     者：曹自幸 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢素超;李建林

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：能量吸收结构 薄壁结构 耐撞性 缩径 膨胀 撕裂 

摘      要：针对车辆吸能结构安装空间有限而导致的低能量吸收问题,创新性的提出了一种耦合缩径、膨胀和撕裂变形模式的圆管吸能结构。本文采用准静态实验、数值仿真和理论分析进行了系统研究。分析了准静态压缩下单管、缩径-膨胀、膨胀-撕裂组合式吸能结构的能量吸收特性,随后对缩-胀-撕组合式吸能结构进行了研究与优化,揭示了耦合变形模式的能量吸收机理和吸能特性。主要内容如下:提出了一种耦合缩-胀-撕变形模式的吸能装置,利用装置研究了单管结构的吸能特性。准静态实验表明,缩径管和膨胀管吸能结构变形平稳,撕裂管呈现出塑性弯曲和撕裂变形。分析了缩径-膨胀组合式吸能结构的吸能效果。首先,通过准静态实验验证有限元模型有效性,其仿真力与实验力吻合较好。然后,推导出缩径-膨胀圆管变形的理论模型。最后,讨论了各种影响参数的影响。相同条件下,缩径-膨胀管的稳态力比缩径管提高了123%。探究膨胀-撕裂组合式吸能结构的吸能性能。首先,准静态实验结果验证了有限元模型,稳态力最大误差为2.40%。然后,推导了膨胀-撕裂圆管变形的理论模型,可以很好的预测实验结果。最后,分析了各种影响参数的影响。膨胀-撕裂管的稳态力比膨胀管提高了87.5%。分析了缩胀撕组合式吸能结构的吸能性能,讨论结构参数对整体结构耐撞性的影响,结合试验设计以及代理模型的方法,以最大比吸能和较小峰值力为优化目标对结构进行多目标优化设计,获得最优解集以及具体的结构尺寸参数。图154幅,表21个,参考文献104篇