功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能-研究与优化

《功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能-研究与优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能研究与优化摘要能源压力和环境恶化迫使汽车行业实行车身轻量化，以减轻车身质量、减少能源的消耗和尾气排放。为了不在车身轻量化中降低车辆原有的性能，一种将车身零件功能梯度化的思想被提了出来，它通过提高材料利用率来实现在降低质量的同时提升性能。汽车吸能器是保证车辆被动安全的重要部件，在发生碰撞事故时吸能器通过变形吸收大部分能量来保护乘客安全。功能梯度泡沫（FGF,FunctionallyGradedFoam）和功能梯度管壁（FGW,FunctionallyGradedWall）都是根据功能梯

2、度化思想设计出的新奇结构，前者是泡沫密度功能梯度化，后者是管壁厚度功能梯度化。近期研究表明它们在轴向加载下有很好的吸能性能，因而获得广泛的关注。然而，在现实中吸能器不会只承受轴向加载。尤其在真实的交通事故中，它在大多情况下都要承受一定的倾斜加载。本文旨在研究FGF-UW（FunctionallyGradedFoam-FilledUniformWall）方管和UF-FGW（UniformFoam-FilledFunctionallyGradedWall）圆管在多种加载方式下的防撞性。FGF-UW方管内填充的FGF，

3、其密度在轴向由幂指数n来控制变化。数值分析结果表明在多种加载方式下的FGF-UW方管比对应的UF-UW（UniformFoam-FilledUniformWall）方管有更好的防撞性，并且参数n对FGF-UW方管的防撞性能影响很大。UF-FGW圆管的管壁是FGW，由幂指数m控制，在轴向变化。数值分析结果表明在多种加载方式下的UF-FGW圆管比对应的其他三种配置的圆管有更好的防撞性，并且参数m和厚度范围对UF-FGW圆管的防撞性影响很大。为了得到在特定加载下有最优的防撞性的FGF-UW方管，应用了基于非支配排序的多

4、目标优化算法（NSGA-II）来寻找最优的梯度。其中，应用了RBF这种近似模型方法来建立SEA（SpecificEnergyAbsorption）和IPF（InitialPeakForce）的近似模型。优化结果表明不同冲击角度下的优化结果不同。所以，为了增加稳健性，实施了一种综合多种加载角的多目标优化设计。优化的结果进一步表明了FGF-UW方管相比UF-UW方管有更好的防撞性。所以FGF-UW方管被推荐为一种有潜力的吸能器。然后同样地，使用RBF近似模型和NSGA-II，进行综合多种加载角的多目标优化设计，来对U

5、F-FGW圆管进行优化，优化的结果表明了UF-FGW圆管相比其他对应配置的吸能结构有更好的耐撞性。所以优化后的UF-FGW圆管也是一种有更好效果的吸能器。关键词：功能梯度泡沫，功能梯度管壁，薄壁结构，防撞性，多目标优化设计，II硕士学位论文多种加载条件。III功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能研究与优化AbstractEcologicalawarenessandeconomicpressureforceautomobilemanufacturerstodecreasetheweightofvehicles,consu

6、mingofenergysourcesandtheemission.Tolightenitsweightwithoutreduceitsoriginalability,anewkindofmethodwassupposedrecentlythatmakingthecomponentsofvehiclefunctionallygradedsothattheabilitycouldevenrisewhileweightdropped.Theenergyabsorptiondevicesisthekeycomponen

7、twhenacrashingaccidenthappen,whichwilldeformheavilytoabsorbenergy,protectingthepassengers’safety.Functionallygradedfoam(FGF)andfunctionallygradedwall(FGW)hasbeenrecentlygainingcomprehensiveattentionduetoitsexcellentenergyabsorptioncapacityunderaxialimpact.How

8、ever,energyabsorptiondeviceswillrarelyexperiencepureaxialloadinginrealworld,butratherobliqueloads,especiallyduringanactualvehiclecrashevent.Thispaperaimedatinvestigatingthecrashworthiness