仿生微圆结构耐撞性研究

发布时间：2023-04-10 21:50

　　金属薄壁结构以优异的力学性能和轻便的质量被广泛应用于汽车前纵梁结构设计中,其耐撞性可以通过对结构进行改进得到提升。为突破传统薄壁结构的能量吸收瓶颈,仿生元素在薄壁吸能结构设计中的应用成为近几年的研究热点。为进一步提升薄壁结构的能量吸收并为汽车前纵梁的设计提供参考,本文在观察几种优异生物结构的基础上,提出一种可应用于薄壁结构设计中的仿生微圆结构。运用试验验证、仿真分析与理论推导相结合的方法,对这种仿生微圆结构进行深入研究,主要内容如下:(1)在甲虫鞘翅的微观结构和问荆草茎秆横截面结构的基础上,提出仿生微圆结构,并建立了仿生微圆结构的有限元模型。进行了仿生微圆结构外接方管的准静态轴向压溃试验,对比分析压溃试验结果与有限元仿真模型计算结果,验证了仿生微圆结构有限元模型的有效性。(2)在压溃试验结果和经过验证的有限元模型计算结果的基础上对仿生微圆结构的变形模式进行分析,同时对传统肋板结构与仿生微圆结构进行了仿真参数化研究,对比了两种结构的能量吸收特性。结果表明,仿生微圆结构相较于传统肋板结构变形模式更好,且能量吸收效率提高了32.20%以上。(3)基于简化超折叠单元理论,建立了仿生微圆结构在准...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 薄壁吸能结构耐撞性研究现状
    1.3 仿生薄壁吸能结构耐撞性研究现状
    1.4 本文研究的主要内容
第2章 仿生微圆结构有限元模型建立与试验验证
    2.1 引言
    2.2 仿生微圆结构
    2.3 有限元分析方法
        2.3.1 有限元方法的基本理论
        2.3.2 薄壳单元
        2.3.3 材料模型
        2.3.4 接触算法
    2.4 仿生微圆结构有限元模型的建立与验证
        2.4.1 有限元模型建立
        2.4.2 准静态压溃试验
        2.4.3 有限元模型验证
    2.5 本章小结
第3章 仿生微圆结构轴向压溃变形模式与耐撞性研究
    3.1 引言
    3.2 金属薄壁管及其肋板结构变形研究
        3.2.1 金属薄壁管变形模式
        3.2.2 多胞金属薄壁管肋板结构变形模式
    3.3 仿生微圆结构变形模式
    3.4 耐撞性对比
        3.4.1 耐撞性评价指标
        3.4.2 仿生微圆结构与传统肋板结构耐撞性对比分析
    3.5 本章小结
第4章 仿生微圆结构轴向压溃理论分析
    4.1 引言
    4.2 薄壁结构基础理论简介
        4.2.1 超折叠单元(SFE)理论
        4.2.2 简化超折叠单元(SSFE)理论
    4.3 传统肋板结构理论研究
        4.3.1 两边肋板结构
        4.3.2 三边肋板结构
        4.3.3 四边肋板结构
    4.4 仿生微圆结构理论研究
        4.4.1 仿生微圆结构理论模型建立
        4.4.2 仿生微圆结构理论模型验证
    4.5 本章小结
第5章 仿生微圆结构几何兼容性与结构扩展
    5.1 引言
    5.2 仿生微圆结构几何兼容性
    5.3 仿生微圆结构扩展
        5.3.1 比能量吸收对比分析
        5.3.2 压溃载荷效率对比分析
    5.4 本章小结
总结与展望
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



本文编号：3788791