仙人掌仿生结构的耐撞性研究及其在客车侧翻上的应用

摘要

近几年车辆的巨幅增加，给人们的生活带来了极大方便，但也加剧了交通事故的发生频率和乘员的伤亡率，为了保证车内乘员的安全，研发具有良好吸能特性和承载特性的新型耐撞性结构至关重要。自然界中的生物经过优胜劣汰的自然选择，使其自身具有优秀的结构和功能，这为新型吸能结构的研究提供了一种新的设计思路，因此，本文以自然界中具有良好力学性能的巨人柱仙人掌结构为研究对象，进行了多尺度结构仿生及耐撞性设计。
　　首先，通过对巨人柱仙人掌的结构、功能和载荷三个方面的相似性分析，进行了宏观仿生设计，并对仿生结构的折角数目进行了耐撞性探究，发现6角仿生结构的耐撞性最好，之后，对仿生结构进行了不同参数的耐撞性探究，发现6角仿生管仍具有优秀的耐撞性能，接着，对6角结构进行了折角度数的探究，结果表明折角为60°的仿生管耐撞性最好，在此基础上，本文又对60°折角的仿生管进行了弧度探究，得出弧度半径R=6时，其比吸能最大。
　　其次，为了探究巨人柱仙人掌微观结构对耐撞性的影响，本文对其展开了进一步的微观观测与分析，并对微观结构木质部、维管束和薄壁组织以及皮层组织构成的外壁进行了仿生设计，随后与宏观仿生结构进行了耐撞性对比探究，发现微观仿生结构的耐撞性远好于宏观仿生结构。接着，又对微观仿生结构展开了不同冲击角度、速度和多工况的对比探究，结果表明：微观仿生结构的SEA和PCF随着冲击角度的增加而下降，随着撞击速度的增加而增加，并且，冲击角度对耐撞性的影响明显大于冲击速度。此外，通过对宏、微观仿生结构以及圆管、方管的抗弯性探究，发现微观初始仿生结构的抗弯性能最好，是普通圆管的3.1倍。
　　通过对各仿生结构耐撞性和抗弯性的对比分析，结果显示微观初始仿生结构具有良好的综合耐撞性能，因此，最后将其应用到了客车车身结构的设计中，以提高侧翻的安全性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容和技术路线

1.5 本文的主要创新点

第2章 结构耐撞性的有限元理论及评价指标

2.1 引言

2.2 有限元方法的基本理论

2.3 吸能结构的耐撞性评价指标

2.4 本章小结

第3章 仙人掌宏观仿生结构的耐撞性研究

3.1 引言

3.2 仙人掌结构的宏观观测分析与仿生设计

3.3 仙人掌宏观仿生结构与薄壁管的耐撞性对比探究

3.4 本章小结

第4章 仙人掌微观仿生结构的耐撞性研究

4.1 引言

4.2 仙人掌结构微观仿生设计与耐撞性对比探究

4.3 仙人掌微观初始仿生管的各种工况探究

4.4 本章小结

第5章 微观仿生结构抗弯性研究及在客车侧翻上的应用

5.1 引言

5.2 微观仿生管抗弯性研究

5.3 微观仿生结构在客车侧翻上的应用

5.4 本章总结

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、在学期间发表的学术论文与研究成果