帽型薄壁梁结构轴向压溃理论研究与结构优化

发布时间：2017-10-16 22:14

  本文关键词：帽型薄壁梁结构轴向压溃理论研究与结构优化

  更多相关文章： 帽型薄壁梁 轴向压溃 理论预测 结构优化 代理模型 多目标优化

【摘要】：汽车前纵梁等薄壁吸能结构的耐撞性能很大程度上影响着车身正面碰撞的被动安全性能。由于实际工程中帽型梁结构的复杂性,组成帽型梁的各部件间的材料、壁厚、周长通常并不相同,且为了满足安全、刚度、强度等方面性能需求,结构中会存在多个帽型结构的组合,而传统的帽型梁平均碰撞力的理论公式无法对这类结构进行预测。针对传统方法所存在的不足,本文基于超折叠单元理论,提出了通用的帽型梁结构轴向压溃理论,可准确预测异材、异厚通用帽型薄壁梁结构的平均压溃力。薄壁梁结构的变形模式直接决定了其吸能效果的优劣,通常将变形模式划分为轴向压溃和弯曲变形两种。为得到更高的吸能效率,要尽可能确保结构发生稳定的轴向压溃变形。本文选取结构最不对称的单帽薄壁梁结构,针对结构和焊点两方面因素共计四个参数进行了研究,分析不同截面形式下结构的变形特点,研究不同变形产生的机理,并总结出结构发生稳定轴向压溃变形时各参数的合理设计范围。在轴向压溃预测理论中,梁结构的截面周长被作为一个整体变量进行研究。但对试验及仿真结果研究发现,相同周长不同截面的梁结构,其变形形式及吸能特性并不相同。针对该问题,为了得到同截面周长下最优的截面形式,采用代理模型及多目标优化的方法对截面几何参数进行优化。本文选取某车型的前纵梁结构进行研究,以截面的宽度高度比值、翻边长度两个参数作为设计变量,以前纵梁的最大平均碰撞力和最小截面峰值力为响应,基于最优拉丁超立方方法得到试验设计方案,根据有限元结果并采用响应面方法构造代理模型。在代理模型的基础上,运用多目标遗传算法对宽高比及翻边长度两参数进行了优化,得到了最佳的截面设计形式。将最优设计结果应用到该车型中,将正面碰撞仿真结果与原模型进行对比分析,其前纵梁变形特性、前隔板侵入量、车身加速度等关键性能指标均有了不同程度的提升,表明文中所采用的优化方法在前纵梁截面的正面碰撞设计中具有一定的指导意义。
【关键词】：帽型薄壁梁 轴向压溃 理论预测 结构优化 代理模型 多目标优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 车身吸能结构12-14
• 1.1.1 正碰吸能结构12-13
• 1.1.2 侧碰吸能结构13-14
• 1.2 车身薄壁梁结构应用现状14-17
• 1.2.1 方型梁结构15
• 1.2.2 帽型梁结构15
• 1.2.3 多胞结构15-16
• 1.2.4 三种结构对比16-17
• 1.3 帽型薄壁梁轴向压溃研究现状17-18
• 1.3.1 国内外研究现状17-18
• 1.3.2 存在的问题18
• 1.4 论文研究内容及章节安排18-20
• 第2章 帽型薄壁梁轴向压溃理论研究20-33
• 2.1 材料塑性变形特性20-23
• 2.1.1 材料的变形行为20-21
• 2.1.2 有效应力—应变曲线21-22
• 2.1.3 塑性铰和塑性铰合区域22-23
• 2.2 超折叠单元塑性变形基础23-26
• 2.2.1 折叠单元变形机理23-24
• 2.2.2 折叠单元能量吸收24-26
• 2.2.3 折叠单元平均压溃力26
• 2.3 帽型梁结构轴向压溃理论预测26-30
• 2.3.1 典型结构分解26-28
• 2.3.2 帽型结构通用预测28-29
• 2.3.3 考虑应变率的动态预测29-30
• 2.4 典型帽型结构理论预测30-31
• 2.4.1 单帽结构30
• 2.4.2 双帽结构30-31
• 2.4.3 双帽双室结构31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 帽型薄壁梁轴向压溃理论验证33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 试验、仿真及理论标定33-37
• 3.2.1 试验参数设置33-34
• 3.2.2 有限元模型的建立34-35
• 3.2.3 试验及仿真结果分析35-37
• 3.3 单帽梁轴向压溃仿真分析37-40
• 3.3.1 准静态工况37-38
• 3.3.2 动态工况38-40
• 3.4 双帽梁轴向压溃仿真分析40-42
• 3.4.1 准静态工况40-41
• 3.4.2 动态工况41-42
• 3.5 双帽双室梁轴向压溃仿真分析42-45
• 3.5.1 准静态工况43-44
• 3.5.2 动态工况44-45
• 3.6 结果分析45-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第4章 帽型薄壁梁变形稳定性影响因素研究47-59
• 4.1 引言47-48
• 4.2 结构影响研究48-53
• 4.2.1 翻边周长比48-51
• 4.2.2 宽度高度比51-53
• 4.3 焊点影响研究53-58
• 4.3.1 焊点间距53-57
• 4.3.2 焊点位置57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 基于轴向压溃的帽型前纵梁结构优化设计59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 代理模型及试验设计方法59-63
• 5.2.1 响应面代理模型59-61
• 5.2.2 试验设计61-63
• 5.3 优化问题定义63-65
• 5.3.1 数学模型确立63-64
• 5.3.2 代理模型构建64-65
• 5.4 多目标优化过程65-67
• 5.4.1 多目标优化流程66
• 5.4.2 梁结构多目标优化66-67
• 5.5 优化结果验证67-70
• 5.5.1 简化模型正碰仿真67-68
• 5.5.2 有限元结果对比68-70
• 5.6 本章小结70-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文79

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本文编号：1045191