蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示：通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。     

六边形蜂窝芯吸能盒创新设计及其吸能特性研究

六边形蜂窝结构具有良好的力学性能和吸能特性。为了更好地提升汽车吸能盒的吸能特性，采用四边形截面和内部填充六边形蜂窝芯创新构型了一种新型吸能盒。采用数值模拟技术发现，与传统吸能盒相比，六边形蜂窝芯吸能盒具有更优越的吸能效果和更高的比吸能，并且在受到相同的载荷冲击时仍能保持结构的稳定性，同时针对载荷角度探讨了六边形蜂窝芯吸能盒在不同速度载荷冲击下的吸能效果和碰撞力变化模式。本文研究内容有望为进一步提升吸能盒性能提供参考。     

聚乙烯泡沫单填充纸蜂窝夹层管的轴向缓冲吸能特性

借鉴波纹管、夹层管和泡沫填充管等设计思想,利用纸蜂窝和聚乙烯泡沫这两种优质缓冲吸能材料,提出聚乙烯泡沫单填充正多边形纸蜂窝夹层管的设计思路.通过静态和动态轴向压缩试验分析,研究这类结构的轴向缓冲吸能特性,探讨结构参数、跌落冲击参数对变形特征和关键吸能指标的影响,为其结构设计与性能优化提供参考.结果表明,在轴向静态压缩情...     

诱导槽参数对泡沫铝填充吸能盒的碰撞吸能特性的影响

运用LS-DYNA对侧壁开有诱导槽的泡沫铝填充的吸能盒进行碰撞冲击过程的有限元分析,研究诱导槽参数对吸能盒吸能特性的影响。将结果导入到LS-Prepost中进行后处理,考虑吸能量、碰撞力峰值、平均碰撞力、比吸能、压缩力效率综合性能,得出在吸能盒侧壁上部50%位置均匀开两个半径为2.5 mm的半圆形诱导槽时,在碰撞冲击过程中呈现较为理想的对称叠缩式变形,保证吸能量的同时降低了碰撞力峰值,且有更高的比吸能和压缩力效率。通过立卧两用式液压冲击试验台对吸能盒实体进行碰撞冲击试验,验证了有限元模拟碰撞冲击过程的可行性。     

泡沫铝结构的吸能特性影响参数试验分析

闭孔泡沫铝是一种轻质吸能金属材料,在低密度下具有良好的比刚度和比强度、宽而平坦的屈服平台区、良好的抗冲击性和能量吸收特性。在进行了大量试验的基础上,研究了泡沫铝裸材及其填充薄壁管的吸能特性,验证了闭孔泡沫铝结构的各向同性,研究了泡沫铝的孔隙率、孔径等对其力学性能的影响。给出了泡沫铝及其填充结构吸能能力的评价指标,指出了泡沫铝与薄壁管在轴向压缩吸能中的相互作用效应,并得出填充结构能够提高承载能力43%、提高吸能能力87%的结论。     

泡沫铝填充帽型结构轴向压缩吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构准静态压溃时的吸能特性。首先,进行了泡沫铝空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向压缩试验;然后,根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构的轴向吸能特性进行了分析,并与空心帽型结构进行了比较。结果表明,填充泡沫铝之后,帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有了很大的提高。在吸收的能量一定时,泡沫铝填充能够减少吸能结构所需要的质量。     

泡沫铝填充帽型结构轴向冲击吸能特性的试验研究

利用冲击试验系统,通过试验方法研究了泡沫铝填充帽型结构在轴向冲击工况下的吸能特性。首先进行了泡沫铝、空心帽型结构以及泡沫铝填充帽型结构的轴向冲击试验;然后根据试验结果,对泡沫铝填充帽型结构轴向冲击工况下的吸能特性进行了分析,评估了填充泡沫铝以及应变率对帽型结构吸能特性的影响。试验结果表明, 与空心结构相比,填充泡沫铝之后帽型结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有明显的改善;由于材料对应变率敏感, 与准静态压缩相比,结构的吸能特性有一定的提高。     

功能梯度材料吸能盒结构设计及优化

传统的吸能盒结构,碰撞过程无法实现稳定有序折叠溃缩,同时存在单位质量吸能效果差的缺点,限制了汽车安全性能的提高。引入一种功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)结构吸能盒,即在传统316L不锈钢基体上添加铝合金成分形成梯度材料结构,同时仿照竹节虫胫骨截面结构对其横截面形状进行优化,并基于优化拉丁超立方体试验设计和响应面模型对竹节虫胫骨横截面的具体结构进行多目标优化。仿真结果表明,优化后的仿生功能梯度材料吸能盒能够实现稳定的从头部至尾部的折叠溃缩。和传统吸能盒相比,仿生结构功能梯度吸能盒单位质量吸能效果提升,能够有效削弱碰撞对车身的损伤。     

泡沫铝填充分体式翻转结构设计与优化分析

汽车发生正面碰撞时,主要依靠汽车吸能盒和保险杠来吸收与传递碰撞能,因此性能优良的吸能盒结构能有效地提高汽车安全性。薄壁翻转管在受压翻转时,表现出较低的平均载荷力与较低载荷峰值,适合用作汽车吸能盒结构。但由于结构翻转过程复杂,在翻转过程中容易引发倾斜,出现不稳定状态,从而导致结构出现刚度变大而失去吸能效能。在对翻转管吸能特性与泡沫铝缓冲吸能效果研究的基础上,设计了泡沫铝填充分体式翻转管吸能盒,对比分析在填充泡沫铝前后的翻转管结构在有效行程内的稳定性与吸能量情况。结果表明,泡沫铝填充式翻转吸能盒不仅在吸收能量上得到大幅提升,其稳定性也得到较大改善,使汽车吸能盒在受到一定倾斜角度压溃时,在有效压缩行程内具备了较好的稳定吸能特性。通过采用NSGA-II算法对结构进行多目标优化分析,最终获得优化设计方案。     

汽车吸能盒的结构优化设计

汽车吸能盒的优化设计是汽车领域内的重要研究内容之一,由于传统优化设计方法存在诸多缺陷,难以完成对吸能盒结构的多目标优化设计。以某车型防撞梁和吸能盒为模型,通过ANSYS完成了该模型的碰撞数值仿真计算。基于计算结果构建了以吸能盒结构参数为变量,以碰撞中能量吸收量、最大加速、防撞梁侵入量和吸能盒质量为目标量的代理模型。应用非支配排序遗传算法,对吸能盒的结构参数进行了多目标优化计算,为吸能盒结构的优化设计提供了合理的理论依据。     

低速碰撞下传统方形截面吸能盒结构参数对吸能特性的影响

以传统方形截面吸能盒为研究对象,运用数值模拟方法系统地研究了吸能盒壁厚和V型诱导槽数目在低速碰撞下对其吸能特性的影响。研究结果表明:壁厚增加,吸能盒的吸能量增长率不及碰撞力峰值增长率,吸能特性下降。与无诱导槽的吸能盒相比,V型诱导槽的设置能有效降低初始碰撞力峰值,但其对吸能量影响不大;设置2个V型诱导槽的吸能特性下降,设置1个和3个V型诱导槽的吸能特性提高。     

基于耐撞性的汽车多腔结构吸能盒轻量化设计

为了在保证耐撞性的前提下实现汽车吸能盒的轻量化,通过有限元碰撞仿真对比确定了符合要求的吸能盒结构,并采用基于近似模型的优化方法获得了性能最优的多腔结构吸能盒设计方案.首先建立了多种截面形状吸能盒的有限元模型,使用有限元软件进行了碰撞仿真分析.通过对单腔结构吸能盒与不同截面的多腔结构吸能盒的碰撞性能进行评价与决策,确定了符合要求的吸能盒截面形状.其次对此截面吸能盒的内外壁厚进行试验设计,拟合了碰撞性能参数的响应面模型,建立了以吸能盒内外壁厚作为设计变量,以比吸能最大作为目标函数的数学优化模型,并进行了优化设计.结果表明,采用该方法得到的最优方案能够在保证碰撞安全性的基础上实现多腔结构吸能盒的轻量化设计.     

聚合物泡沫填充双管结构弯曲吸能性能优化设计

为探索更加轻质高效的吸能结构,满足碰撞安全性能设计需求,针对一种新颖的聚合物泡沫填充双管结构的弯曲吸能性能进行了参数研究及优化设计。优化设计考虑了3种不同的弯曲工况,以结构的外管厚度、内管外径及内管厚度为优化设计变量,以提升结构的比吸能(Specific Energy Absorption,SEA)为目标,并限制弯曲过程中的峰值力(Peak Crushing Force,PCF)。优化采用了一种综合有限元仿真分析、实验设计、代理模型技术、优化算法的系统方法。优化结果表明:相比初始设计,聚合物泡沫填充双管结构最优设计在3种弯曲工况下的吸能性能均有提升。     

基于混合神经遗传算法的扩胀管吸能特性预测

由于结构参数对吸能元件的吸能特性具有重要影响,将填充了泡沫铝的扩胀管与混合神经遗传算法相结合,对不同结构参数下扩胀管吸能特性进行分析预测。首先,基于泡沫铝填充机理设计出泡沫铝填充的扩胀式吸能装置,并建立有限元模型;然后利用非线性有限元软件LS-DYNA对不同参数变化情况下的扩胀管进行准静态轴向碰撞仿真;最后将胀管壁厚、诱导锥角、泡沫铝密度作为BP神经网络输入,扩胀管吸能特性参数作为网络输出,利用遗传算法优化网络权重和阈值,建立3层BP神经网络预测模型,经样本数据训练得到合适的网络。研究结果表明,网络预测值与期望值很接近,平均压溃载荷的误差值为3.02%,比吸能的误差值为4.82%,压缩力效率的误差值为0.92%,说明了该网络模型能够有效地预测扩胀管的吸能特性,并具有较高的精确度。     

基于柔性腿型的轿车前部吸能结构研究

针对轿车前端吸能结构与柔性腿碰撞伤害值的问题,对轿车前端吸能部件结构与材料进行了研究。通过运用计算机辅助工程技术,建立了某轿车以及泡沫吸能结构和薄壁钢吸能结构有限元模型;轿车前端分别采用了两种吸能结构,并改变了吸能结构的压溃空间,与柔性腿仿真模型进行了碰撞实验;通过实验数据分析、对比了两种吸能结构与柔性腿相撞的特点。实验结果表明,汽车前端吸能结构使用泡沫材料,适当减小泡沫厚度,有利于降低柔性腿韧带伸长量;吸能结构使用薄壁钢结构则需要足够的吸能空间,有利于调整碰撞腿型运动姿态,降低柔性腿胫骨弯矩及韧带伸长量;薄壁钢结构刚度均匀且具有金属的压溃特性,在与行人腿部相撞时,可以起到更好的保护作用。     

基于低速正碰的吸能盒式防撞梁吸能特性研究

基于防撞梁系统的研究与发展现状,对某商用车型的防撞梁系统进行了概念设计,建立了有效的正面100%刚性壁障低速碰撞仿真模型。通过正交试验法,系统地研究了横梁截面、吸能盒截面、吸能盒内板厚度和吸能盒外板厚度对防撞梁系统吸能特性的影响,并利用极差法和综合平衡法选出了最大峰值碰撞力小、吸能盒压缩量小的吸能特性最优组合。最后探讨了溃缩槽间距对吸能盒式防撞梁吸能特性的影响。分析结果指出,最终组合方案满足碰撞力要求,并且吸能盒式防撞梁具有较好的吸能能力。     

负泊松比基元蜂窝结构研究

以传统凹角六边形负泊松比结构为主要参考对象,通过拓扑优化得到较为完整的负泊松比基元优化构型,并基于该构型建立了6种基元几何模型.探讨了不同蜂窝排列方式下的蜂窝结构性能差异,选取合适的排列方式对6种基元建立的蜂窝结构进行了冲击仿真研究.以吸能量、比吸能、峰值碰撞力及结构等效泊松比为评价指标,对比分析了不同基元蜂窝结构的结构性能,筛选出综合性能最优的基元结构.选取汽车前端结构,将传统凹角六边形结构及最优基元结构进行三维排列组合填充入吸能盒内,进行了汽车前端碰撞应用对比.结果表明基于拓扑优化的各基元结构在吸能效果及承载能力上皆高于传统凹角六边形结构,选取的最优基元结构在汽车前端碰撞应用中具有更好的吸能效果及负泊松比特性,其压溃距离大大降低.     

功能梯度材料吸能盒碰撞仿真及优化

通过在铝合金成分中添加316L不锈钢制作功能梯度材料吸能盒,同时对其横截面形状进行优化形成五边形截面结构,并基于试验设计和响应面模型对五边形横截面的具体结构进行多目标优化设计.仿真结果表明:五边形功能梯度材料吸能盒能够实现稳定的从头部至尾部的折叠溃缩.和传统吸能盒相比,单位位移吸能效果提升,能够有效削弱碰撞对车身的损伤...     

类蜂窝夹层结构的力学特性研究

创新设计的类蜂窝夹层结构具有良好的力学性能、吸能特性和更大的设计空间.目前大多研究是将夹层结构的胶粘剂层的厚度忽略不计,并且将整个夹层结构的厚度约等于夹芯层的厚度来进行相关力学性能参数的计算.本文基于Gibson夹层结构胞元理论,考虑胶粘剂层的影响因素,对类蜂窝夹层结构进行力学性能分析;运用复合材料力学和材料力学理论以及应变能等效原理推导出类蜂窝夹层结构的等效力学性能、刚度和等效密度计算公式.本文的研究结论可望为进一步研究新型蜂窝夹层结构提供相应的理论支持.     

缠绕式圆筒蜂窝的结构参数对吸能特性影响研究

为研究缠绕式圆筒蜂窝的结构参数对吸能特性影响,首先建立有限元仿真模型.然后利用控制变量法,系统地研究蜂窝结构参数对蜂窝吸能特性的影响.最后进行实验,并与仿真结果做对比.结果表明:随着波纹片边长减小、波纹片厚度和平片厚度增加,可以提高蜂窝平均应力和体积比吸能;减小波纹片边长、增加波纹片厚度可提高质量比吸能,而平片厚度的增...