接触模型和诱导槽对泡沫铝填充管吸能性影响分析和优化

发布时间：2017-08-12 09:08

  本文关键词：接触模型和诱导槽对泡沫铝填充管吸能性影响分析和优化

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【摘要】：在汽车低速碰撞中,泡沫铝填充薄壁金属管被认为是具有良好的吸能性能的结构,专家学者对泡沫铝、薄壁金属管及二者的复合结构进行了多方面的研究,并取得了一定的进展。基于专家学者对泡沫铝填充薄壁金属管吸能结构设计所做的研究成果,本论文提出一种具有理想接触强度和溃缩诱导槽结构的泡沫铝填充薄壁金属管,并对其吸能性进行了分析和优化。泡沫铝内核与薄壁金属管之间接触强度参数的定义直接影响到两者之间的相互作用,本文从寻找泡沫铝内核与薄壁金属管之间最优的接触参数出发,得出最优接触模型。在此基础上,研究诱导槽对泡沫铝填充薄壁金属管吸能性能的影响。通过综合分析接触强度和诱导槽对泡沫铝填充薄壁金属管吸能性的影响,得到具有最优吸能性的泡沫铝填充薄壁金属管结构。具体研究从以下三个方面展开:首先,在试验的基础上,本文利用HYPERMESH软件将密度梯度泡沫铝填充薄壁金属管的CATIA模型进行材料和属性等选项卡定义,建立有限元模型并检查网格质量和大小,根据试验的加载方式,为有限元模型施加约束和载荷。利用LS-DYNA求解器对有限元模型的K文件进行计算。将结果文件的变形溃缩模式、碰撞力曲线与试验结果进行对比,结果表明,在误差允许的范围内,仿真结果和实验结果具有一定的吻合度,从而验证了有限元模型的可靠性,有限元模型可以代替试验中试样进行吸能性分析和优化。其次,本文研究了泡沫铝内核与薄壁铝合金管的接触强度对吸能性能指标的影响。其中有限元接触模型采用固连断开的接触算法来模拟泡沫铝内核与薄壁金属管的不同的粘结强度大小,并分析得出了接触强度对其碰撞吸能性具有一定影响的结论。对有限元接触模型参数进行全因素水平试验,利用MATLAB绘制样本点的三次多项式响应面,利用多目标粒子群算法优化获得具有最优吸能性能的接触强度参数值。最后,在理想接触强度优化结果的基础上,本文提出在泡沫铝填充金属管的中上部位设计两条诱导槽,建立不同诱导槽和接触强度的泡沫铝填充管有限元模型:(1)具有诱导槽和最优接触模型;(2)无诱导槽和最优接触模型;(3)无诱导槽和过盈接触,并对比分析其吸能性。最终得出结论:具有诱导槽结构和最优接触模型的泡沫铝填充管在吸能性方面表现相对较好,是一种理想的碰撞吸能结构。
【关键词】：泡沫铝填充金属管 吸能性 接触模型 诱导槽 多目标粒子群优化
【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
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 泡沫铝填充管国内外研究现状13-15
• 1.3 泡沫铝填充管在汽车上的应用15-16
• 1.4 国内外汽车吸能盒低速碰撞安全法规16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 1.6 软件应用介绍17-19
• 1.6.1 HYPERWORKS介绍17-18
• 1.6.2 LS-DYNA介绍18-19
• 第2章 泡沫铝制备工艺及吸能性指标概述19-24
• 2.1 泡沫铝的制备工艺19-20
• 2.2 泡沫铝的压溃力学特性20-21
• 2.3 碰撞吸能性能评价指标21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 功能密度梯度泡沫铝填充管吸能性仿真研究24-35
• 3.1 泡沫铝填充管建模原则24-32
• 3.1.1 密度梯度设计24-26
• 3.1.2 接触模型设计26-29
• 3.1.3 诱导槽结构设计29-32
• 3.2 泡沫铝填充管吸能性仿真分析32-34
• 3.2.1 试验与仿真变形模式对比分析32-33
• 3.2.2 试验与仿真载荷-位移对比分析33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第4章 泡沫铝填充管接触强度优化35-44
• 4.1 有限元接触模型设计35-36
• 4.2 接触强度参数全因素水平正交试验36-39
• 4.3 接触强度参数优化39-43
• 4.3.1 多目标粒子群算法39-41
• 4.3.2 接触强度参数多目标粒子群算法优化41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 接触模型和诱导槽对泡沫铝填充铝合金管吸能性影响分析44-52
• 5.1 铝合金在汽车上的应用44
• 5.2 泡沫铝填充薄壁铝合金管有限元模型建立44-47
• 5.2.1 建模原则44-45
• 5.2.2 三种泡沫铝填充管有限元模型45-47
• 5.3 变形模式47-48
• 5.4 载荷-位移响应48-49
• 5.5 吸能性指标49-51
• 5.5.1 总吸能量对比49-50
• 5.5.2 比吸能对比50-51
• 5.6 本章小结51-52
• 总结与展望52-54
• 参考文献54-59
• 致谢59-60
• 附录A (攻读学位期间发表的学术论文目录)60

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本文编号：660788