轴向载荷下帽形梁结构设计与吸能特性研究

摘要

随着现代汽车工业的发展，汽车安全受到人们的高度重视，汽车碰撞特别是正面碰撞更是人们关注的焦点。汽车正面碰撞中通过车身的塑性变形、断裂等方式来耗散冲击动能，而汽车前纵梁是正面碰撞过程中最主要的吸能件。所以，作为前纵梁最常用的帽形结构，其轴向压溃吸能特性将直接影响整车正面碰撞安全性能。本文将在理论分析的基础上结合仿真试验以及落锤试验对帽形梁的轴向压缩吸能特性进行研究，围绕提高帽形梁吸能效率这一技术指标，对帽形梁的压溃变形模式以及常见失效形式进行分析，并且提出相应的解决办法。本文对帽形梁相邻两边的夹角、焊接边宽度、焊点位置、内部加强等进行设计和优化，在提升吸能特性的同时兼顾结构轻量化。针对以上问题，本文进行了以下几个方面的工作：
　　（1）提出并分析了焊接帽形梁在轴向压溃过程中的失效现象。分析了帽形梁在压溃变形时的能量吸收过程，并从理论角度分析影响帽形梁截面力的结构设计要素。在传统折叠单元理论基础上，结合焊接帽形梁的结构特点提出了焊接单元模型。通过对比分析折叠单元与焊接单元的区别，找到了影响帽形梁产生焊接边内陷、焊点撕裂、局部弯折等失效的原因，并提出了相应的改进方法。
　　（2）利用数值模拟的方法，分析了不同结构参数对焊接帽形梁压溃特性的影响，建立了帽形梁落锤试验仿真模型。找到了帽形梁相邻两边夹角、焊接边宽度、焊点位置、内部加强板等结构设计要素对吸能特性的影响规律，结果显示，这些设计要素对焊接帽形梁的吸能特性具有重大影响。
　　（3）基于动态落锤试验，对不同结构帽形梁的轴向压溃特性进行分析。试验结果表明，相邻两边的角度对帽形梁压溃力的影响不大，但对结构失效现象的改善作用明显；焊接边的宽度对双帽形梁的截面力影响较大，截面力与焊接边的宽度呈正相关；焊点位置对变形形式的影响大于对截面压溃力的影响，通过改变焊接边的宽度及焊点位置为解决失效现象提供了一种有效的方法；内部加强板的设置，极大提升了帽形梁的截面压溃力，改善了结构变形，结果显示内部加强板能在显著提升吸能效率的同时改善结构的稳定性；最后，试验结果很好的验证了仿真规律的正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目的及意义

1.4 本文主要研究内容

第2章 帽形梁轴向动态压溃特性研究

2.1 变形失效现象

2.2 帽形梁轴向压溃基本褶皱结构模型

2.3 帽形梁失效分析以及改善措施

2.4 焊接帽形梁设计目标

2.5 本章小结

第3章 帽形梁结构设计及数值计算

3.1 数值计算方法

3.2 帽形梁轴向压溃仿真分析

3.3 帽形梁加强板结构设计方法

3.4 本章小结

第4章 帽形梁试验验证与吸能特性分析

4.1 动态落锤试验

4.2 吸能特性评价标准

4.3 试验结果及吸能特性分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录A 作者研究生期间科研成果

附录B 作者研究生期间参与的科研项目