薄壁梁拼焊板与泡沫填充材料耐撞性能研究

摘要

随着社会的发展，汽车逐渐成为人们出行的最重要交通工具。汽车产量与保有量急剧增加带来愈发严重的安全问题。因此，汽车安全性能标准也需随之提高。而提高汽车安全性能的一个重要途径是增强汽车前舱变形区域的吸能性能。汽车前舱的重要吸能结构——前纵梁是提高前舱吸能性能的关键。前纵梁通常采用薄壁梁结构，薄壁梁结构由于可产生高度压溃的变形模式而具有优良的吸能性能。同时因其质量轻、价格低而被广泛使用，本文主要研究薄壁梁结构的耐撞性能。
　　首先，在薄壁梁耐撞性能研究过程中，评价指标之间经常出现部分性能指标相互矛盾导致对薄壁梁综合性能的优劣较难判断。本文在薄壁梁拼焊板多工况耐撞性能研究中发现，无法通过直观判断来评定各设计参数下试件在多工况下的性能排名。因而，本文引入了一种新型评价方法即 COPRAS评价方法，结合性能矩阵，根据各评价指标的重要性对其进行权重比定量分析，最终对拼焊板的耐撞性能进行综合评价。结果表明，该评价方法能够高效、客观地评价各设计变量下试样的综合耐撞性能，具有很高的工程应用价值。
　　其次，建立台车碰撞有限元仿真模型，并以高速动态下的拼焊板碰撞试验验证了该模型的精度。针对薄壁梁拼焊板，研究其在不同材料牌号、板料厚度下的耐撞性能，并同时考察正面碰撞与斜面碰撞两种工况，结合 COPRAS评价方法评价其综合耐撞性能。研究结果表明，采用合理的材料牌号与板料厚度的拼焊板组合形式能够显著提高薄壁梁的综合耐撞性能。
　　最后，研究泡沫金属填充材料对薄壁梁耐撞性能的影响。结合径向基代理模型以及多目标优化算法，以薄壁梁截面尺寸、板料厚度以及泡沫金属密度为设计参数，得出纯轴向以及几种斜碰角度下的以 SEA(比吸能)和PCF(碰撞力峰值)为优化目标的Pareto前沿。研究结果表明，采用泡沫金属填充材料能够提高薄壁梁的耐撞性能，其中在特定碰撞角度下相对非填充结构具有明显优势。
　　本文以提高薄壁梁耐撞性能为出发点，分别结合拼焊板技术以及泡沫金属填充结构对薄壁梁耐撞性能进行了研究。通过本文的研究得到了利用拼焊板技术和添加泡沫金属填充材料来提高薄壁梁耐撞性能的方法和研究思路。具有较高的指导意义和一定的工程应用价值。

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第1章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文研究目的和主要内容

第2章 汽车耐撞性有限元数值仿真的基本理论和算法

2.1 引言

2.2 有限元理论

2.3 有限元相关算法

2.4 本章小结

第3章 COPRAS评价方法与代理模型优化理论介绍

3.1 引言

3.2 COPRAS评价方法

3.3代理模型的优化理论

3.5 本章小结

第4章 薄壁梁拼焊板多工况耐撞性能研究

4.1 前言

4.2有限元建模及实验验证

4.3 正碰与斜碰工况下的仿真实验设计

4.4正碰与斜碰工况下的实验数据分析

4.5基于COPRAS评价结果的仿真验证

4.6研究结果

4.7本章小结

第5章 薄壁梁泡沫填充材料耐撞性能研究

5.1 引言

5.2有限元建模及实验验证

5.3基于有限元模型与径向基代理模型的优化研究

5.4基于特定截面与板厚的耐撞性研究

5.5 研究结果

5.6 本章小结

全文总结与展望

参考文献

致谢

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