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1、基于仿生学的汽车低速吸能盒研究ResearchontheLow-speedCrashBoxofAutomobileBasedonBionics作者姓名：彭杰专业名称：农业机械化工程指导教师：马云海教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月3日摘要基于仿生学的汽车低速吸能盒研究安全性问题一直是汽车发展的核心技术。我国交通系统中人、车、路和环境复杂多变，是世界上典型的以混合交通为主的国家，尤其在城市道路中，交通秩序乱、人车密集繁杂、车辆速度低、通行能力差，导致汽车交通事故的不断增多，主要表现为低速碰撞。为提高汽车低
2、速碰撞时的安全性能，本文主要对低速吸能盒进行了结构优化，依据动物关节处的缓冲吸能特性，并通过对剪切增稠液的流变学特性研究，运用功能仿生学原理设计仿生低速吸能盒。旨在为未来研究汽车被动安全尤其是碰撞安全提供新的设计思路、理论参考和方法依据。通过对淀粉分散体系的流变学研究，得到随着剪切速率的变大，体系粘度先降低后上升，表现为剪切稀化和剪切增稠行为，这是由于体系内部分子结构的变化引起的。而且粘度与浓度呈正相关性，因为浓度越大，颗粒与分散介质间的作用力变大。温度对体系的临界剪切速率影响较大，且温度越高，临界剪切速率越大，这
3、是由于温度升高导致内能增加。由于角频率的增大会导致颗粒与水分子之间氢键会产生断裂，因此，造成了体系动态临界剪切应力变大。通过对淀粉颗粒的粒径观察和微观形貌分析，讨论了其增稠的机理和内部因子的影响。当剪切速率或应力较低时，原本稳定的内部体系被慢慢瓦解，造成粘度值减小；当达到体系的临界剪切速率或应力时，体系作用力会抵消颗粒间相互作用力，此时粘度达到最小值。当剪切速率或应力进一步增大，流体作用力会诱导独立的淀粉颗粒团聚体生成粒子簇，体系出现增稠行为。利用非线性有限元模拟的方法，着重分析和讨论了吸能盒在碰撞过程中不同因素对
4、吸能盒缓冲吸能性能的影响。得到了在截面形状分别为矩形、正四边形、正六边形、正八边形和圆形时各评价参数的值，综合最大加速度、最大撞击载荷和比吸能三个参数，以圆形截面结构模型为研究对象，讨论了壁厚为1.0mm、1.2mm和1.5mm时对吸能盒缓冲吸能性能的影响。最后分析了不同的破坏模式下吸能盒能量耗散和分散途径。通过落锤冲击试验对比了仿生吸能盒和普通吸能盒的缓冲吸能特性，并以撞击载荷、I加速度和比吸能作为综合评价参数指标。得出填充剪切增稠液的仿生吸能盒具有比普通吸能盒更高的缓冲吸能性，相对提高吸能效率19.2%，而且形
5、变位移也较减少了22.8%。并根据其破坏形式将冲击过程分为弹性变形和屈曲区。关键词：被动安全，低速吸能盒，剪切增稠液，缓冲吸能，仿生学IIAbstractResearchontheLow-speedCrashBoxofAutomobileBasedonBionicsSafetyhasbeenacoretechnologyofautomotivedevelopment.China'stransportsystemhuman,vehicle,roadandenvironmentalcomplex,istheworld'
6、stypicalmixedtrafficdominatedcountry,especiallyinurbanroadtrafficorderchaos,peopleandvehiclesdensecomplex,lowvehiclespeeds,poorcapacityTherefore,thegrowingnumberofcaraccidents,mainlyforlow-speedcollisions.Inordertoimprovethesafetyperformanceofthecaratlowspeedc
7、ollision,thepaperfocusesonlow-energyabsorptioncassettesstructuraloptimization,basedonanimaljointscushionenergyabsorptioncharacteristics,andbystudyingtherheologicalpropertiesofshearthickeningfluid,usingfunctionalbionicPrinciplesoflow-energy-absorbingdesignbioni
8、cbox.Futureresearchaimedatcarcrashsafetyandpassivesafety,especiallydesignedtoprovidenewideas,theoriesandmethodsinaccordancewiththereference.Rheologicalexperimentsshowthat,withthesh
