剪切增稠液体耗能特性及其车辆抗冲击应用研究

发布时间：2020-07-04 01:46

【摘要】：剪切增稠液体(STF)是一种新型功能材料,具有响应速度快,可逆性好,耗能效率高等优点。本文将一类STF液体填充于汽车防撞梁的吸能盒中,对其抗冲击性能进行了系统性的仿真与试验研究,以期提高汽车的低速碰撞安全性。本文主要研究工作如下:制备了四种质量分数的STF样品,通过流变试验测试了其稳态流变特性;四种悬浮体系均表现出剪切变稀、剪切增稠和剪切变稀三个典型流变特征。通过低速落杆冲击试验研究了STF的低速冲击吸能特性,以冲击加速度峰值、冲击力峰值和吸能量作为缓冲吸能特性的评价指标,研究结果表明STF具有较为优异的缓冲吸能特性。还应用LS-DYNA对STF低速冲击吸能特性进行了数值仿真研究,仿真结果和试验结果具有良好的一致性,验证了STF材料本构模型的合理性,为后续防撞梁的抗冲击性与吸能效果分析奠定了基础。通过数值模拟方法研究了STF填充于不同截面薄壁结构的轴向压溃吸能性能,研究结果表明,填充STF材料后,薄壁结构吸能能力得到综合改善。设计了一种横梁截面为矩形且带多吸能管的防撞梁系统,利用LS-DYNA开展了STF填充吸能盒、无材料填充和泡沫铝填充吸能盒的三种防撞梁系统在8km/h的速度下,100%重叠刚性壁正面碰撞和中心圆柱碰撞两种工况下的耐撞性研究。采用车体加速度峰值,碰撞力峰值和波形效率作为评价指标,对比研究了三种防撞梁系统的低速碰撞特性。研究发现,STF填充吸能盒的防撞梁系统更具碰撞安全性。通过低速落锤冲击试验研究了STF填充吸能盒的低速碰撞吸能特性,以W'溃位移、碰撞力峰值,吸能效率、平均碰撞力作为评价指标,研究发现STF填充的吸能盒吸能特性得到明显改善,压溃位移和碰撞力峰值得到有效抑制,吸能效率明显增加。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14;TB34
【图文】：

结构耐撞性,汽车车身,设计原则

是以这个设计理念为蓝本进行设计的，这为汽车安全做出了巨大贡献。汽车安全体系包括主动安全和被动安全两大类。主动安全是采用先进的辅助设备规避碰撞；而被动安全技术则是在碰撞不可避免发生的情况下，被动的对乘员及行人提供保护的技术。被动安全保护技术又可以分为车体耐撞技术和乘员约束技术两大类[5]，属于碰撞安全。车体耐撞技术是指通过合理的车身前端结构设计，做到强度和刚度适中，保证在碰撞过程中通过车身前端结构的塑性变形吸收绝大部分的碰撞能量，避免过多的能量传入乘员舱，同时合理的刚度保证了碰撞加速度峰值和力峰值在合理的范围内，避免对乘员造成严重伤害。乘员约束技术是指利用安全带、安全气囊以及侧撞气囊等安全装置将乘员与车体内饰之间碰撞产生的伤害降到最低。为了提高汽车低速碰撞的耐撞性，工程师们在汽车结构设计中引入了防撞梁，如图 1.2 所示，防撞梁主要包含主梁和吸能盒两个结构件。防撞梁作为汽车碰撞安全的重要部件之一，其作用分为两个方面：一是通过自身的塑性变形吸收绝大部分的碰撞动能，结构的塑性变形将碰撞动能转化为结构的变形内能，从而消耗碰撞能量，降低司乘人员的物理伤害，如图 1.3 所示。二是将碰撞力合理的传递到车身其他结构，形成一条合理的传力路径，如图 1.4 所示。

结构示意图,被动安全,乘员,技术

【参考文献】