平安防護(hù)--金屬薄壁鋁管提高車輛的耐撞性

              

   如何提高車輛的耐撞性能成為汽車主動平安防護(hù)的一大熱點(diǎn)問題。金屬薄壁鋁管作為激進(jìn)且最有效的吸能結(jié)構(gòu),金屬薄壁鋁管的耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)平安、環(huán)保和節(jié)能是二十一世紀(jì)汽車技術(shù)發(fā)展的肯定趨勢.汽車平安設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。汽車輕量化的趨勢下,如何利用更少的資料吸收更多的碰撞能量成為近年來的研究熱點(diǎn)。近年來,大量的學(xué)者致力于如何提高金屬薄壁鋁管耐撞性能,并取的一系列的效果。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,基于顯式有限元軟件LS-DYNA 和響應(yīng)面法對薄壁管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文首先對國內(nèi)外薄壁管結(jié)構(gòu)的研究狀況進(jìn)行了綜述。

                

     然后簡單介紹了顯式有限元的基本方程、接觸碰撞算法,給出了鋁管進(jìn)行耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)需用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和近似模型理論。從提高結(jié)構(gòu)的耐撞性能方面,采用顯式有限元軟件LS-DYNA 與響應(yīng)面法相結(jié)合對結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì),分析結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對其吸能特性的影響規(guī)律。1已有的研究標(biāo)明,方形截面薄壁管的吸能區(qū)域主要集中在邊角處；基于此,本文設(shè)計(jì)了兩款多角點(diǎn)吸能結(jié)構(gòu),以多角點(diǎn)吸能結(jié)構(gòu)的比吸能和初始峰值力為優(yōu)化目標(biāo),采用全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)與響應(yīng)面法對多角點(diǎn)吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耐撞性優(yōu)化,研究結(jié)果標(biāo)明：薄板寬度對結(jié)構(gòu)的比吸能及初始峰值力有較大影響,隨著寬度的增大而增大。

        

   以大截面鋁管和小截面鋁管組成的雙層吸能結(jié)構(gòu)為研究對象,同時(shí)在兩個(gè)鋁管之間引入四塊薄板,采用LS-DYNA 對其吸能特性進(jìn)行了分析研究,分析了薄板對其耐撞性能的影響。結(jié)果標(biāo)明：四塊薄板能夠有效地提高結(jié)構(gòu)的耐撞性能,增強(qiáng)了內(nèi)外層鋁管之間的相互作用。3綜合考慮比吸能、初始峰值力和第二峰值力等因素對汽車安全的影響,提出了以結(jié)構(gòu)的比吸能、初始峰值力和第二峰值力為多目標(biāo)的耐撞性優(yōu)化問題。結(jié)果標(biāo)明：優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在提高結(jié)構(gòu)的總吸能量和比吸能的同時(shí),能夠有效地避開過大的初始峰值力,耐撞性能得到很大的提升。4針對方形截面管管具有變性穩(wěn)定和圓形截面管具有高比吸能的特性,設(shè)計(jì)了一個(gè)組合型吸能結(jié)構(gòu)；利用顯式有限元軟件LS-DYNA 對其吸能特性進(jìn)行了分析。結(jié)果標(biāo)明：內(nèi)層圓管的直徑和內(nèi)外層管的長度越大,結(jié)構(gòu)的比吸能越小。