薄壁多细胞管结构的耐撞性研究及其优化设计

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1、学校代号10532学号S12021087分类号U461.密级公开硕士学位论文薄壁多细胞管结构的耐撞性研究及其优化设计学位申请人姓名刘胜培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称郑刚副教授学科专业机械工程研究方向汽车CAE论文提交日期2015年5月10日学校代号：10532学号：S12021087密级：公开湖南大学硕士学位论文薄壁多细胞管结构的耐撞性研究及其优化设计学位申请人姓名：刘胜导师姓名及职称：郑刚副教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年5月10日论文答辩日期：2015年5月30日答辩委员会主席：龚

2、金科教授Crashworthinessresearchandoptimizationdesignofmulti-cellthin-walledstructurebyLIUShengB.E.(ChangshaUniversityofScienceandTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolof

3、HunanUniversitySupervisorAssociateProfessorZHENGGangMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研巧所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人巧集体，均已在文中明滿方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。＾：作者签名：心曰期月曰乏／＾年石＾咬＾巧＾学位论文版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校

4、有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人撰权湖南大学可ＬＪＡ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可从采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密回。＂＂（请在上相应方植内打Ｖ）作者签名：日期；餐年右月日｝导师签名；日期：茄Ｘ年《月日；＾硕士学位论文摘要目前，金属薄壁管已被广泛应用于汽车、航空以及高速列车等交通工具的碰撞吸能耗散系统中。由于

5、受轴向载荷冲击的金属薄壁管发生溃缩变形与汽车发生碰撞时前纵梁的吸能机理相似，因此，金属薄壁管可以看成是前纵梁的简化模型。近年来，薄壁多细胞管作为一种制造相对简单、结构质量较轻的薄壁结构，能够表现出更为理想的吸能能力，因而多细胞管结构作为吸能部件具有良好的工程应用前景，受到了许多学者的广泛关注。为了探究薄壁多细胞管在轴向压溃下的变形模式及其耐撞性能，本文主要开展了以下研究工作：(1)本文设计出了五细胞管挤压模具，同时对五细胞管进行了挤压成型。并结合汽车碰撞安全性的评价法规，确定了简化前纵梁模型—薄壁管结构的耐撞性能的评价指标，通过实验分析

6、薄壁五细胞管受轴向载荷作用的变形模式和吸能特性。(2)对轴向准静态和动态冲击加载条件下的五细胞管进行了数值仿真模拟，通过实验与数值仿真结果的对比，验证了有限元模型的有效性和准确性，从而建立了可靠、有效的有限元模型。基于有效的有限元模型，在结构等质量的条件下，将多细胞管演化成不同数目的胞元管，对比分析了这些不同胞元数目胞元管的耐撞性。通过对不同细胞数目薄壁管的耐撞性对比分析，对多细胞管具有较高吸能特性的机理进行进一步探究。(3)为了探究五细胞管结构的几何参数对其耐撞性能的影响，分析了五细胞管结构的管壁厚度、细胞大小和细胞连接位置对结构耐撞

7、性的影响。研究结果表明，管壁厚度、细胞大小和细胞连接位置对结构耐撞性有较大影响，合理的考虑各个因素能够有效提升结构的耐撞性。(4)为了进一步提高轴向动态冲击载荷下的多细胞管的耐撞性能，对多细胞管的耐撞性进行了优化设计。利用全因子试验设计方法，对多细胞管耐撞性优化问题的目标函数和约束条件构建了近似模型，并在此基础上采用多目标遗传算法—非支配排序遗传算法在帕累托前沿解集中找出最优的解。设计人员可以根据设计需求来选择侧重于不同耐撞性指标的最优解，从而有效地提高结构的耐撞性能。关键词：薄壁多细胞管；耐撞性；轴向载荷；优化设计-II-薄壁多细胞管

8、结构的耐撞性研究及其优化设计AbstractAtpresent,thin-walledmetaltubehasbeenwidelyusedinimpactabsorbingenergydissipation