基于FEM的铝制吸能盒结构优化设计-论文.pdf

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1、工具技术基于FEM的铝制吸能盒结构优化设计陈宇，纪宝钢，钟金发，熊杰，黄浩南，董万鹏上海工程技术大学摘要：相比铁制吸能盒，铝制吸能盒在保证各项指标的同时减轻了重量。基于有限元的思想，借助计算机进行CAE分析，成功设计出一款吸能性能较好的铝制吸能盒。运用CAE平台技术，相比传统的人工计算更加快捷，模拟效果更直观。CAE技术不仅提高了设计的准确性，还降低了试验的成本。设计过程中以吸能盒模型的横截面形状为变量，用UG软件建立吸能盒的初始模型。通过对9种不同横截面形状的单腔吸能盒进行虚拟试验，数据结果表明以六边形搭配圆形的横截面的吸能效果最佳。关键词：吸

2、能盒；低速碰撞；CAE；结构优化中图分类号：TG659；TP391文献标志码：AStructureOptimizationDesignofAluminumAlloyCrushBoxBasedonFEMChenYu，JiBaogang，ZhongJinfa，XiongJie，HuangHaonan，DongWanpengAbstract：Comparedwithironcrushbox，thealuminumalloycrushboxwouldgetmuchlighterWitheachqualifyin—dex．BasedonFEMandCAE，

3、Itmadesanaluminumalloycrushboxsuccessfullywhichabsorbedenergyeffectively．ThemethodassistedbyCAE，finishtheassignmentmoreefficientlyandgetthemoreintuitiveresult．Moreover，itnotonlysoarthedegreeofaccuracy，buteconomizethecostofexperiment．Duringtheperiodofdesign，settheshapeofcrosss

4、ectionastheonlyvariable．Bycomputeraiddesign，design9models，eachofthemhavedifferentcrosssection．Andthencalculatethembycomputer．Finally，itgetstheconclusionthatthebestmodeloftheexperimentisthemodel1aftercomparingandanalyzingtheresult．Keywords：crushbox；lowspeedcrash；CAE；structureo

5、ptimization1引言2铝合金吸能盒截面形状确定上世纪90年代，汽车开始进入日常生活，汽车2．1影响吸能效果的因素开始向着轻量化、平民化改变_】J。提高汽车的安全影响吸能盒的吸能值的因素较多，主要有吸能性是个非常重要的问题。本文研究汽车安全构件中盒的材料、长度、腔体个数、内部填充物的材质、诱导的吸能盒，对其横截面形状进行结构的优化设计。槽以及横截面的形状J。通过设计不同的截面形状，得到吸能值最高的吸能按照吸能盒内外部腔体的轮廓的特点将试验分盒，以此提高吸能盒的吸能效果，从而减少车祸对车成三组：第一组是以圆管为中心腔体搭配三种不同体的损坏，提

6、高驾乘人员的安全。的多边形腔体，得出吸能值最高的多边形外腔；第二充分借助计算机的优势，通过查阅相关的CAE组是以连接板不同的组合形式来探究连接板对吸能资料j，使用UG来对吸能盒进行横截面形状的优效果的影响；第三组变换了中心腔体的横截面形状化。由于成形设备和技术的局限性，根据力学原理来搭配外部不变的四边形腔体，探究吸能值最高的设计出理想的备选吸能盒模型。基于FEM的思想，中心腔体形状。简化模型，对模型进行网格处理。设定载荷和约束2．2横截面形状的确定等外界环境，借助CAE的求解器求解出模型的应力如图1所示，结合已有的研究结果J，确定吸值和位移值。用

7、这两项指标来表征吸能盒吸能值的能盒的尺寸范围。控制吸能盒的高度为lOOmm，横高低，以得到最优模型。总结归纳出影响吸能值大截面最大长度为80mm，横截面的宽度为80mm，壁小的可能因素，为吸能盒的优化设计提供参考。厚则固定为2mm。为了防止应力集中，设计1mm的圆倒角。由于铝制吸能盒一般通过挤压技术成形，所以考虑其成形难易程度，最终设计出9种截面形状的基金项目：上海市级大学生创新项目(cs1305004)收稿日期：2014年6月铝合金吸能盒，其简图如图2所示。对这9种截面2015年第49卷No．145进行CAE模拟，以确定吸能效果最佳的横截面可以

8、有效防止氧化腐蚀；④铝的力学性能在低温状形状。态下能保持不变，可以保证吸能盒在恶劣的气候下也能正常的发挥吸能作用，保证汽车的安全；⑤废料