圆柱型蜂窝吸能特性及其应用研究

发布时间：2020-08-07 09:59

【摘要】：蜂窝因力学性能优秀,常被用作车辆吸能装置的吸能元件,但传统的二维蜂窝具有成型工艺复杂、边界效应明显、存在二次加工、外形通常为矩形块状难以适应圆柱形安装空间等缺点。本文提出一种新型蜂窝结构——圆柱型蜂窝,并针对圆柱型蜂窝的结构特点,对其成型工艺、吸能特性、结构优化及应用进行研究,为圆柱型蜂窝的应用提供一定的理论基础和实验依据。工作如下:(1)分析圆柱型蜂窝的结构特点,制定圆柱型蜂窝的成型工艺,推导圆柱型蜂窝的相对密度,定义圆柱型蜂窝力学性能的四个评价参数:初始峰值力、压缩比、平均压缩力和比吸能。(2)对圆柱型蜂窝的轴向准静态压缩和冲击载荷下的吸能特性进行仿真分析。首先,对圆柱型蜂窝进行准静态压缩仿真分析,结果表明其压缩力-位移曲线分为弹性变形阶段、稳定压缩阶段和压实阶段;其次,采用单一变量法对波纹片边长a、波纹片厚度t1和平片厚度t2三个影响参数进行多组仿真分析,得出随着a减小、t1增大,吸能性能显著增强,t2变化对其吸能特性影响不显著,在t1和t2增加量相同时,前者强度增加量约为后者的8倍;然后利用MATLAB对准静态压缩强度进行数值拟合,得出经验公式,建立响应面函数;最后,对圆柱型蜂窝的轴向冲击载荷进行仿真分析,获得其吸能特性,并与准静态压缩载荷下的吸能特性进行比较,发现动态冲击强度较准静态压缩强度高,随着冲击速度的增加而增大,且波动性相较静压大。(3)对圆柱型蜂窝进行准静态压缩和落锤冲击实验。首先,通过准静态压缩实验,验证仿真和理论模型的正确性;其次,对规格相同的圆柱型蜂窝和二维蜂窝进行准静态压缩对比实验,得到圆柱型蜂窝强度高出二维蜂窝约15%;最后,通过对圆柱型蜂窝进行落锤冲击实验,验证动态冲击仿真模型的正确性。(4)以圆柱型蜂窝为吸能元件,进行车辆防爬吸能器设计,并进行相应的理论和实验研究。首先,对以圆柱型蜂窝为吸能元件的防爬吸能器进行设计;其次,通过对防爬吸能器的垂向加载和准静态压缩仿真分析,进行理论可行性验证;最后,制作实验样件,并进行垂向加载、准静态压缩及动态冲击实验,验证了防爬吸能器满足设计要求,为圆柱型蜂窝实际应用提供理论和实验依据。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14
【图文】：

严重事故,车辆,起车,交通工具

国内外车辆严重事故图

金属管,吸能元件,薄壁,存在结构

薄壁金属管吸能元件及其压缩图

结构图,吸能元件,点阵,结构图

点阵片吸能元件结构图

【参考文献】