车身变厚度薄壁吸能结构耐撞性机理研究及优化设计
发布时间：2022-08-10 19:47
车身结构轻量化是促进传统能源汽车节能减排,解决新能源汽车续航里程焦虑的有效解决方法,得到汽车工业界和学术界越来越多的关注。使用新的轻质车身材料和开发创新结构可以有效实现轻量化。而汽车设计要求需要车身结构具备优异的耐撞性能,薄壁吸能结构在车身耐撞性设计中具有重要意义。传统的薄壁吸能结构大部分基于等厚度设计,在碰撞变形过程中,由于承载不均匀无法实现结构材料的吸能最大化,而变壁厚的薄壁结构可以进一步提高材料的利用率,实现结构轻质高效的目标,因此开发兼顾轻量化和耐撞性的新型吸能结构已成为新的研究热点。为了实现汽车车身结构的轻量化,同时提高汽车的结构碰撞安全性,本论文以铝制变厚度薄壁吸能结构为研究对象,采用实验、数值模拟和理论解析方法开展了系统的研究,从变厚度单胞薄壁结构的抗弯曲、抗轴向压缩行为入手,揭示了变厚度单胞结构的变形模式和压缩力响应,进而研究变厚度多胞薄壁结构的耐撞性机理和厚度影响规律分析;并将论文研究内容推广应用到车身前防撞梁总成的变厚度设计中,有效实现了车身零部件的减重并提升了能量吸收。本论文的研究工作揭示了变厚度薄壁结构的能量吸收机理和能量吸收特性,建立了变厚度薄壁吸能结构耐撞性...
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及其意义
1.2 国内外研究发展概述
1.2.1 轻质薄壁单胞吸能结构研究现状
1.2.2 轻质薄壁多胞吸能结构研究现状
1.2.3 车身前端薄壁吸能结构研究现状
1.2.4 变厚度薄壁结构研究现状
1.2.5 耐撞性能评价指标
1.3 存在的主要问题
1.4 本文主要研究内容
第2章 基于横向载荷下的变厚度管能量吸收研究
2.1 引言
2.2 实验设计与有限元建模
2.2.1 材料属性
2.2.2 实验方案
2.2.3 有限元建模
2.3 弯曲试验和仿真结果
2.3.1 弯曲变形模式和载荷-位移曲线
2.3.2 弯曲特性对比分析
2.4 基于无量纲的变厚度圆管弯曲变形分析
2.4.1 FGT管和UT管的弯曲变形
2.4.2 厚度变化对FGT管弯曲性能的影响
2.5 本章小结
第3章 基于轴向载荷下的变厚度管压溃响应研究
3.1 引言
3.2 准静态压缩实验与有限元建模
3.2.1 几何描述
3.2.2 实验与有限元建模
3.3 基于轴向载荷的变厚度方管平均压缩力理论预测
3.3.1 轴向变厚度方管平均压缩力理论预测
3.3.2 水平变厚度方管平均压缩力理论预测
3.4 结果与讨论
3.4.1 理论预测和数值模拟的验证
3.4.2 厚度梯度对变厚度方管吸能性能的影响
3.5 结论
第4章 基于轴向载荷的变厚度多胞管吸能机理研究
4.1 引言
4.2 变厚度多胞管
4.3 变厚度多胞管吸能行为研究
4.3.1变厚度多胞管准静态压缩实验
4.3.2 变厚度多胞管有限元仿真建模
4.3.3 变厚度多胞管实验和仿真结果分析
4.4 厚度梯度对变厚度多胞管吸能行为的影响
4.4.1 厚度梯度对轴向变厚度多胞管的耐撞性影响分析
4.4.2 厚度梯度对水平变厚度多胞管的耐撞性影响分析
4.5 变厚度多胞管平均压缩力理论预测模型
4.5.1 水平变厚度多胞管理论模型预测
4.5.2 轴向变厚度多胞管理论模型预测
4.6 本章小结
第5章 基于多目标优化的车身保险杠总成耐撞性设计
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 车身吸能盒优化设计
5.3.1 十字梁结构准静态压缩实验及有限元模型验证
5.3.2 十字梁结构变形模式分析
5.3.3 基于多目标优化方法的多角结构吸能参数设计
5.4 车身前防撞梁总成结构优化设计
5.4.1 车身前防撞梁总成台车碰撞实验及有限元模型验证
5.4.2 车身前防撞梁总成高速碰撞下的动态响应
5.4.3 车身变厚度多胞前防撞梁总成优化设计
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
附录 B 攻读学位期间所主持或参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]变厚度复合材料C梁数值模拟与实验[J]. 周梦倩,王华. 机械设计与研究. 2019(03)
[2]基于多目标优化的车身前端结构耐撞性和轻量化设计[J]. 程文文,谭继锦,解宇,季天宇. 车辆与动力技术. 2019(02)
[3]变厚度胞体壁多孔夹层材料的主动散热性能研究[J]. 董浩,都琳,张凯,崔迪,邓子辰. 西北工业大学学报. 2019(03)
[4]基于仿生微圆结构的汽车吸能盒耐撞性分析[J]. 白中浩,谭雯霄,张林伟,周存文. 中国机械工程. 2019(11)
[5]基于自适应遗传算法的碳纤维复合材料汽车防撞梁优化设计研究[J]. 臧杰,周金宇. 机械设计. 2019(04)
[6]基于EN15227标准长编动车组耐撞性研究[J]. 李本怀,王科飞,刘艳文,王璐. 大连交通大学学报. 2019(02)
[7]CFRP十二直角薄壁梁保险杠的轻量化设计[J]. 陈光,路深,赵紫剑,陈超,娄磊. 汽车工程. 2019(02)
[8]纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法[J]. 黄敏,雷正保,孙汉正,陈小勇. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[9]具有恒定冲击载荷的梯度泡沫金属材料设计[J]. 常白雪,郑志军,赵凯,何思渊. 爆炸与冲击. 2019(04)
[10]基于竹节结构的保险杠横梁仿生优化及仿真分析[J]. 林云成,宋家锋,刘升福,邹猛. 汽车安全与节能学报. 2018(04)
博士论文
[1]金属/碳纤维混合材料薄壁结构耐撞性研究[D]. 朱国华.湖南大学 2018
[2]汽车变厚度前纵梁的轻量化和耐撞性设计方法研究[D]. 段利斌.湖南大学 2017
[3]梯度薄壁结构设计方法及其在车身设计中的应用[D]. 徐峰祥.湖南大学 2015
[4]泡沫铝材料的吸能与防爆特性研究[D]. 刘欢.东北大学 2014
[5]高速列车吸能结构研究与明线交会安全评估[D]. 李松晏.中国科学技术大学 2014
[6]铝合金薄壁梁结构轻量化设计及其变形行为的研究[D]. 王冠.湖南大学 2013
[7]梯度多胞金属材料的动态力学行为和多功能优化设计[D]. 王晓凯.中国科学技术大学 2013
[8]轧制差厚板成形性能研究[D]. 张华伟.大连理工大学 2012
[9]薄壁结构轴向冲击能量吸收性能分析与改进设计[D]. 唐智亮.大连理工大学 2012
[10]多孔金属材料应力/力增强现象的研究[D]. 康锦霞.太原理工大学 2012
硕士论文
[1]层级自相似薄壁仿生结构的耐撞性研究[D]. 曾意.华侨大学 2018
[2]汽车前纵梁用厚度梯度薄壁管斜向加载实验研究[D]. 白银.大连理工大学 2015
[3]汽车正面碰撞仿真分析及车身前部吸能部件的优化[D]. 郑炳杰.华南理工大学 2013
[4]SUV侧面碰撞仿真分析及B柱优化设计研究[D]. 钟阳.华南理工大学 2010
本文编号：3674252
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及其意义
1.2 国内外研究发展概述
1.2.1 轻质薄壁单胞吸能结构研究现状
1.2.2 轻质薄壁多胞吸能结构研究现状
1.2.3 车身前端薄壁吸能结构研究现状
1.2.4 变厚度薄壁结构研究现状
1.2.5 耐撞性能评价指标
1.3 存在的主要问题
1.4 本文主要研究内容
第2章 基于横向载荷下的变厚度管能量吸收研究
2.1 引言
2.2 实验设计与有限元建模
2.2.1 材料属性
2.2.2 实验方案
2.2.3 有限元建模
2.3 弯曲试验和仿真结果
2.3.1 弯曲变形模式和载荷-位移曲线
2.3.2 弯曲特性对比分析
2.4 基于无量纲的变厚度圆管弯曲变形分析
2.4.1 FGT管和UT管的弯曲变形
2.4.2 厚度变化对FGT管弯曲性能的影响
2.5 本章小结
第3章 基于轴向载荷下的变厚度管压溃响应研究
3.1 引言
3.2 准静态压缩实验与有限元建模
3.2.1 几何描述
3.2.2 实验与有限元建模
3.3 基于轴向载荷的变厚度方管平均压缩力理论预测
3.3.1 轴向变厚度方管平均压缩力理论预测
3.3.2 水平变厚度方管平均压缩力理论预测
3.4 结果与讨论
3.4.1 理论预测和数值模拟的验证
3.4.2 厚度梯度对变厚度方管吸能性能的影响
3.5 结论
第4章 基于轴向载荷的变厚度多胞管吸能机理研究
4.1 引言
4.2 变厚度多胞管
4.3 变厚度多胞管吸能行为研究
4.3.1变厚度多胞管准静态压缩实验
4.3.2 变厚度多胞管有限元仿真建模
4.3.3 变厚度多胞管实验和仿真结果分析
4.4 厚度梯度对变厚度多胞管吸能行为的影响
4.4.1 厚度梯度对轴向变厚度多胞管的耐撞性影响分析
4.4.2 厚度梯度对水平变厚度多胞管的耐撞性影响分析
4.5 变厚度多胞管平均压缩力理论预测模型
4.5.1 水平变厚度多胞管理论模型预测
4.5.2 轴向变厚度多胞管理论模型预测
4.6 本章小结
第5章 基于多目标优化的车身保险杠总成耐撞性设计
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 车身吸能盒优化设计
5.3.1 十字梁结构准静态压缩实验及有限元模型验证
5.3.2 十字梁结构变形模式分析
5.3.3 基于多目标优化方法的多角结构吸能参数设计
5.4 车身前防撞梁总成结构优化设计
5.4.1 车身前防撞梁总成台车碰撞实验及有限元模型验证
5.4.2 车身前防撞梁总成高速碰撞下的动态响应
5.4.3 车身变厚度多胞前防撞梁总成优化设计
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
附录 B 攻读学位期间所主持或参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]变厚度复合材料C梁数值模拟与实验[J]. 周梦倩,王华. 机械设计与研究. 2019(03)
[2]基于多目标优化的车身前端结构耐撞性和轻量化设计[J]. 程文文,谭继锦,解宇,季天宇. 车辆与动力技术. 2019(02)
[3]变厚度胞体壁多孔夹层材料的主动散热性能研究[J]. 董浩,都琳,张凯,崔迪,邓子辰. 西北工业大学学报. 2019(03)
[4]基于仿生微圆结构的汽车吸能盒耐撞性分析[J]. 白中浩,谭雯霄,张林伟,周存文. 中国机械工程. 2019(11)
[5]基于自适应遗传算法的碳纤维复合材料汽车防撞梁优化设计研究[J]. 臧杰,周金宇. 机械设计. 2019(04)
[6]基于EN15227标准长编动车组耐撞性研究[J]. 李本怀,王科飞,刘艳文,王璐. 大连交通大学学报. 2019(02)
[7]CFRP十二直角薄壁梁保险杠的轻量化设计[J]. 陈光,路深,赵紫剑,陈超,娄磊. 汽车工程. 2019(02)
[8]纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法[J]. 黄敏,雷正保,孙汉正,陈小勇. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[9]具有恒定冲击载荷的梯度泡沫金属材料设计[J]. 常白雪,郑志军,赵凯,何思渊. 爆炸与冲击. 2019(04)
[10]基于竹节结构的保险杠横梁仿生优化及仿真分析[J]. 林云成,宋家锋,刘升福,邹猛. 汽车安全与节能学报. 2018(04)
博士论文
[1]金属/碳纤维混合材料薄壁结构耐撞性研究[D]. 朱国华.湖南大学 2018
[2]汽车变厚度前纵梁的轻量化和耐撞性设计方法研究[D]. 段利斌.湖南大学 2017
[3]梯度薄壁结构设计方法及其在车身设计中的应用[D]. 徐峰祥.湖南大学 2015
[4]泡沫铝材料的吸能与防爆特性研究[D]. 刘欢.东北大学 2014
[5]高速列车吸能结构研究与明线交会安全评估[D]. 李松晏.中国科学技术大学 2014
[6]铝合金薄壁梁结构轻量化设计及其变形行为的研究[D]. 王冠.湖南大学 2013
[7]梯度多胞金属材料的动态力学行为和多功能优化设计[D]. 王晓凯.中国科学技术大学 2013
[8]轧制差厚板成形性能研究[D]. 张华伟.大连理工大学 2012
[9]薄壁结构轴向冲击能量吸收性能分析与改进设计[D]. 唐智亮.大连理工大学 2012
[10]多孔金属材料应力/力增强现象的研究[D]. 康锦霞.太原理工大学 2012
硕士论文
[1]层级自相似薄壁仿生结构的耐撞性研究[D]. 曾意.华侨大学 2018
[2]汽车前纵梁用厚度梯度薄壁管斜向加载实验研究[D]. 白银.大连理工大学 2015
[3]汽车正面碰撞仿真分析及车身前部吸能部件的优化[D]. 郑炳杰.华南理工大学 2013
[4]SUV侧面碰撞仿真分析及B柱优化设计研究[D]. 钟阳.华南理工大学 2010
本文编号：3674252
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