泡沫填充波纹夹芯板结构性能分析与优化

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1、分类号：U465单位代码：10183研究生学号：2015424105密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）泡沫填充波纹夹芯板结构性能分析与优化StructuralAnalysisandOptimizationofFoam-filledCorrugatedSandwichPanels作者姓名：张晗类别：工程硕士领域（方向）：工业设计工程指导教师：崔岸教授培养单位：汽车工程学院2018年6月—————————————————————泡沫填充波纹夹芯板结构性能分析与优化—————————————————

2、————StructuralAnalysisandOptimizationofFoam-filledCorrugatedSandwichPanels作者姓名：张晗类别：工程硕士领域（方向）：工业设计工程指导教师：崔岸教授答辩日期：2018年5月27日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行Ｖ出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（雖学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。

3、吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体。，均己在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：年６月Ｉ曰摘要泡沫填充波纹夹芯板结构性能分析与优化采用新型轻质复合材料、零部件结构优化设计、先进的制造工艺等技术手段都可以有效的减小汽车整车

4、质量。随着研究的不断深入，轻质复合材料在汽车轻量化领域显示出极大的潜力；同时，新技术的层出不穷也为轻质复合材料的开发提供了无限可能。然而进行汽车轻量化设计的同时，车辆的安全与成本则是不可忽视的问题，因此研发成本低、性能优良的轻质复合材料成为汽车轻量化发展的一个重要方向。波纹结构板材在横向和纵向均具有较高的强度，其抗冲击性良好，且由于该种结构具有简单的制造工艺以及较低的制造成本，因此容易实现量产。以波纹板作为芯层的夹芯板复合材料，与同等厚度的单层板相比具有更高的比刚度和比强度，且芯层中的波纹孔隙结构能够

5、在受力过程中产生溃缩变形，对冲击能量进行消耗。近年来，随着聚合物材料的发展，越来越多的塑料、泡沫材料在车身上得到应用。聚氨酯泡沫作为一种低密度轻质泡沫，其具有较高的能量吸收效率和较好的减振隔音特性，且由于其较低廉的成本，在汽车上具有较好的应用。本文将波纹夹芯板和聚氨酯泡沫的优势相结合，将聚氨酯泡沫充入波纹夹芯板的波纹孔隙，制作出四种不同厚度的泡沫填充波纹夹芯板样件，对其进行结构力学性能的试验及仿真研究，并对填充泡沫的分布进行优化设计，为该板材在汽车上的应用进行前期基础研究。具体研究内容如下：（1）进行

6、了样件的制备及相关力学性能试验。介绍了制备样件的原材料以及选材依据，采用胶接的方式将面板和波纹板进行粘结，并将制备好的液态聚氨酯泡沫充入波纹孔隙中，在一定条件下充分发泡、固化，制备出所需的试验样件。分别对含1~4层波纹板的夹芯板样件进行压缩、弯曲和冲击试验，对比分析其力学性能，并研究填充泡沫对样件平压强度、弯曲强度以及吸能特性等力学性能的影响。（2）研究样件板材厚度参数对结构吸能特性的影响。以含有四层波纹芯板的夹芯板结构为例，建立泡沫填充波纹夹芯板有限元模型并进行冲击仿真，仿真与试验结果进行对比，以验

7、证有限元仿真的有效性。进一步的，基于正交试验原理，考虑夹芯I板结构抗撞性能，对夹芯板上、下面板厚度及波纹板厚度在冲击过程中对样件吸能特性的影响进行分析。（3）填充泡沫的布置优化。重点考虑夹芯板的吸能特性，基于拓扑优化理论，分别针对不同的板件约束条件（两端夹紧、简支支承和刚性基础），对填充泡沫的分布进行优化设计。在两端夹紧和简支支承条件下，以下面板中心点a的位移增量为设计响应；在刚性基础条件下，以下面板中心点a的反作用力为设计响应，以设计响应值的最小化为优化目标进行优化计算，在保证吸能特性的基础上合理布

8、置泡沫，减少泡沫使用量。关键词：波纹夹芯板，聚氨酯泡沫，吸能特性，优化设计IIAbstractStructuralAnalysisandOptimizationofFoam-filledCorrugatedSandwichPanelsTheadoptionofnewlightweightcompositematerials,structuraloptimizationofcomponents,andenhancementofmanufacturingpr