基于泡沫铝的轿车B柱刚度优化及轻量化

发布时间：2017-10-12 01:02

  本文关键词：基于泡沫铝的轿车B柱刚度优化及轻量化

  更多相关文章： 侧面碰撞 B柱 泡沫铝 压缩仿真

【摘要】：在汽车常见碰撞类型中,侧面碰撞是造成损失较为严重的类型之一。汽车发生侧面碰撞时,B柱是承受和传递冲击载荷的主要部件,其抗撞性的提高对乘员保护和整车碰撞安全性的提高具有深远意义。泡沫铝作为一种兼具低密度、高比强度、高比刚度和良好吸能性能的新型材料,已被成功的应用于汽车领域内,因此可以通过将泡沫铝填入B柱实现其抗撞性的提高。本文以一款轿车的B柱为研究对象,参照中国新车评价规程C-NCAP建立了整车侧面碰撞有限元模型,通过分析能量曲线和质量增加曲线,验证了分析模型的可信性。接着对B柱的变形进行了分析,提取B柱的侵入量、侵入速度曲线,并进行了详细的分析。根据理想化假设,首先建立了体心立方泡沫铝单胞模型,考虑压缩过程中单胞之间的相互作用力,最终选择了由体心立方单胞模型周期性形成的27胞堆砌结构进行研究。利用LS-DYNA软件完成了泡沫铝准静态轴向压缩仿真,通过能量曲线分析和与已有实验数据进行对比,证明了所建泡沫铝模型的有效性,然后对泡沫铝的压缩力学性能和吸能性能进行了详细的研究分析。最后将仿真得出的孔隙率为76%的泡沫铝填充在空心圆形铝管中,通过与空心圆形铝管在吸能量和压缩位移量的对比,证明了泡沫铝填充结构具有优秀的吸能效果。将泡沫铝填充于B柱中,借助正交试验和多因素权重优化方法,结合仿真所得泡沫铝参数,以泡沫铝的孔隙率、基体材料和B柱的厚度作为设计变量,侵入量及侵入速度作为评价指标,求解获得了泡沫铝填充B柱的最佳组合,实现了B柱的优化设计。优化结果表明,填充泡沫铝B柱结构的重量下降但刚度和吸能量在侧面碰撞中均有显著提高,为车辆侧面碰撞的耐撞性设计提供了可行性参考。
【关键词】：侧面碰撞 B柱 泡沫铝 压缩仿真
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.83
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-16
• 1.2.1 汽车侧面碰撞研究现状11-14
• 1.2.2 汽车轻量化研究现状14-16
• 1.3 本课题研究内容16-18
• 第二章 碰撞仿真有限元法基础理论18-26
• 2.1 非线性有限元法相关理论18-20
• 2.1.1 物质描述18-19
• 2.1.2 守恒方程19-20
• 2.1.3 中心差分法20
• 2.2 LS-DYNA碰撞基本理论20-25
• 2.2.1 时间步长控制与质量缩放20-22
• 2.2.2 接触问题22-23
• 2.2.3 负体积问题23-25
• 2.2.4 沙漏控制问题25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 整车侧面碰撞仿真分析26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 碰撞模型建立26-28
• 3.2.1 整车模型26-27
• 3.2.2 坐标系定义27
• 3.2.3 接触类型27
• 3.2.4 加载及边界条件27-28
• 3.3 碰撞结果分析28-33
• 3.3.1 仿真正确性验证28-30
• 3.3.2 变形分析30
• 3.3.3 B柱侵入量分析30-32
• 3.3.4 B柱侵入速度分析32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 泡沫铝准静态轴向压缩有限元仿真34-51
• 4.1 泡沫铝压缩机理和压缩性能理想曲线34-35
• 4.2 泡沫铝准静态轴向压缩模拟35-38
• 4.2.1 泡沫铝建模的理想化假设35
• 4.2.2 几何模型35-36
• 4.2.3 实验布置36-37
• 4.2.4 材料模型37
• 4.2.5 边界条件施加37-38
• 4.3 仿真可信度分析38-40
• 4.3.1 能量曲线分析38-39
• 4.3.2 仿真结果与文献的对比验证39-40
• 4.4 压缩性能分析40-46
• 4.4.1 孔隙率影响40-41
• 4.4.2 基体材料影响41-42
• 4.4.3 泡沫铝弹性模量和屈服强度仿真值42-43
• 4.4.4 吸能分析43-46
• 4.5 泡沫铝填充结构在轴向冲击载荷下的吸能验证46-50
• 4.5.1 有限元模型建立46
• 4.5.2 材料模型46
• 4.5.3 接触定义46-47
• 4.5.4 边界条件施加47
• 4.5.5 结果分析47-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 基于泡沫铝的B柱优化设计51-66
• 5.1 优化设计方法51-54
• 5.1.1 试验设计51-52
• 5.1.2 多因素权重优化52-54
• 5.2 碰撞优化过程和分析54-60
• 5.2.1 填充泡沫铝B柱模型54-55
• 5.2.2 正交试验设计55-57
• 5.2.3 评价指标结果分析57-58
• 5.2.4 优化方案选取58-60
• 5.3 优化方案评定60-65
• 5.3.1 侵入量评定60-62
• 5.3.2 侵入速度评定62-63
• 5.3.3 吸能评定63-65
• 5.3.4 优化方案整体评价65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文72-73
• 致谢73

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本文编号：1015762