薄壁雙帽型管的輕量化設(shè)計及耐撞性研究.pdf

1、隨著人們生活水平的不斷提高，汽車數(shù)量大幅增加，隨之而來的是交通事故頻發(fā)。汽車安全越來越受到人們的重視，而提高汽車的被動安全性是提高汽車安全的重要舉措也是汽車設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時，為了節(jié)能減排，緩解能源危機，汽車設(shè)計過程中應(yīng)當兼顧汽車輕量化。一些新型的輕量化材料如:鎂合金、鋁合金、碳纖維等在提高汽車安全性和實現(xiàn)汽車輕量化方面體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。
　　雙帽型薄壁管是汽車車身中常用吸能元件，汽車碰撞過程中，尤其是側(cè)面碰撞時，吸能件經(jīng)常會發(fā)

2、生彎曲變形，因此進行雙帽型薄壁管橫向耐撞性能研究及輕量化設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文首先進行了鋼板和鎂合金的材料性能試驗，分別獲得了其應(yīng)力-應(yīng)變曲線。然后，設(shè)計了單一材料的鋼雙帽型管的準靜態(tài)三點彎曲試驗，并進行了有限元仿真模擬及對標驗證。通過有限元模擬分析了雙帽型管的吸能特點，變形模式，研究了厚度對雙帽型管結(jié)構(gòu)耐撞性的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn):在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量不變的情況下，合理搭配上帽和下帽的厚度能夠顯著改善雙帽型管的吸能能力。

3、r>　　為了實現(xiàn)傳統(tǒng)的鋼雙帽型管的輕量化，引入了鎂合金雙帽型管。為研究其橫向耐撞性，對鎂合金雙帽型管進行了準靜態(tài)三點彎曲試驗，同時進行了有限元仿真模擬及分析。結(jié)果顯示:鎂合金雙帽型管的變形模式和鋼雙帽型管大致相同，但是，鎂合金雙帽型管在受載時出現(xiàn)了局部斷裂，這種變形模式某種程度上限制了其吸能能力。為了研究鎂合金雙帽型管的輕量化效果，對鎂合金雙帽型管進行了多目標優(yōu)化，結(jié)果表明:鎂合金雙帽型管相比傳統(tǒng)的鋼雙帽型管體現(xiàn)出良好的輕量化優(yōu)勢，但是

4、，要達到和鋼雙帽型管相同的吸能值，所需的結(jié)構(gòu)厚度太厚。
　　由此，為了結(jié)合鋼雙帽型管良好的承載能力以及鎂合金雙帽型管的輕量化優(yōu)勢，引入了鋼-鎂混合雙帽型管，對兩種混合管進行了準靜態(tài)三點彎曲試驗和有限元仿真分析，并以上帽和下帽的厚度為變量，并對混合管進行了多目標優(yōu)化。結(jié)果證明:無論從減重效果還是耐撞吸能方面，鋼/鎂混合管（上鋼下鎂管）的綜合表現(xiàn)都明顯優(yōu)于鎂/鋼混合管（上鎂下鋼管）。相比傳統(tǒng)的單一材料的雙帽型管，上鋼下鎂混合管綜合了鋼