层级自相似薄壁仿生结构的耐撞性研究

发布时间：2021-05-08 05:38

　　近年来,汽车保有量日益增加,导致汽车安全事故频发。薄壁结构以其优异的力学性能被广泛应用于汽车的防撞吸能部件,但传统的单壁结构在受到冲击时仍存在变形不稳定、吸能效率低等缺陷,因此开展具有高效吸能特性的新颖吸能器的研究已迫在眉睫。自然界的生物体经历了数亿年的进化,形成了具有良好力学特性的生物结构,因此仿生设计已经成为近年来各工程应用领域的研究热点。为了进一步改善薄壁结构的吸能效率,本文采用具有优异力学性能的蜘蛛网结构作为仿生原型,开展具有层级自相似特性的新颖薄壁吸能器的设计。采用实验测试与数值对比分析的方法,对新颖层级和自相似结构的耐撞性能进行深入的研究。主要内容围绕两方面开展:（1）基于蜘蛛网结构的仿生设计,本文提出新颖的六边形层级结构及其衍化的自相似顶点分形结构。采用实验与数值分析方法系统的研究了层级与自相似六边形分形结构的耐撞性。研究表明层级与自相似组织方式都能较好的改善六边形单壁结构的耐撞性,并且,结构的自相似分形方式比层级组织方式更具吸能优势。此外,六边形顶点的自相似分形配置和几何参数也对2阶六边形自相似分形结构的耐撞性具有重要的影响,其中,自相似子六边形结构的厚度和边长的增加可... 

【文章来源】：华侨大学福建省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 本文的主要创新点
第2章 耐撞性基本理论和有限元基础理论
    2.1 引言
    2.2 显示非线性有限元理论
        2.2.1 显示有限元理论求解法
        2.2.2 接触-碰撞接触界面处理
        2.2.3 时间步长和沙漏控制
    2.3 耐撞性优化设计理论
        2.3.1 耐撞性优化问题的数学定义
        2.3.2 拉丁超立方试验设计
        2.3.3 Kriging近似模型的构建
    2.4 本章小结
第3章 层级与自相似仿生结构的耐撞性对比
    3.1 引言
    3.2 层级自相似结构的几何模型
        3.2.1 蜘蛛网状结构
        3.2.2 层级仿生结构和自相似分形衍化
    3.3 层级自相似结构的有限元模型
    3.4 有限元模型的实验验证和分析
    3.5 层级和自相似结构耐撞性对比
    3.6 本章小结
第4章 自相似顶点分形结构的耐撞性研究
    4.1 引言
    4.2 不同自相似顶点分形探究
    4.3 几何参数研究
    4.4 厚度参数研究
    4.5 自相似节点层级结构的多目标参数优化设计
    4.6 本章小结
第5章 自相似边分形结构耐撞性研究
    5.1 引言
    5.2 自相似边分形结构的对比研究
        5.2.1 不同类型自相似边分形结构的对比
        5.2.2 六边形自相似边分形结构的层级特性研究
    5.3 自相似边分形结构的参数设计
        5.3.1 引言
        5.3.2 子六边形边长对耐撞性影响
        5.3.3 不同厚度研究
        5.3.4 不同冲击工况下的耐撞性研究
    5.4 自相似边分形结构的多工况优化设计
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3174778