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新型变截面吸能盒的轴向压溃实验及数值模拟

发布时间：

2018-10-23

随着汽车工业的快速发展,汽车的节能、环保、安全成为了社会普遍关注的问题。汽车轻量化作为解决节能环保问题的理想方式,已成为汽车行业发展的未来方向。薄壁金属管件因其具有质量轻、易加工、成本低、塑性变形稳定且能量吸收性能好等特点,常被用作汽车缓冲吸能部件。本文以汽车吸能盒为研究对象,提出一种新型变截面结构的吸能盒。通过将实验与数值模拟分析方法相结合,对吸能盒在低速碰撞下的吸能效果进行研究。本文具体研究

本文具体研究内容如下:

(1)对变截面结构薄壁管做了准静态实验研究,发现过渡区渐变平滑的差厚管,具有表面质量好、减重40%且吸能性能稳定等优点。

(2)本文选用两种变截面结构材料,一种为截面连续变化的差厚板(TRB,Tailor Rolled Blanks)材料,另一种为厚度突变的激光拼焊板(TWB,Tailor Welded Blanks)。对比分析了这两种结构的优缺点,并制作了几何等效的平滑差厚圆管、平滑差厚方管、激光拼焊圆管及激光拼焊方管,为后续实验作准备。

(3)在轴向准静态压溃条件下,分别对平滑差厚圆管与激光拼焊圆管的轴向响应特性进行了对比,发现平滑差厚圆管的吸能性能优于焊接拼焊圆管。同样,对相同条件下的平滑差厚方管与激光拼焊方管做同样的对比实验,实验结果显示,平滑差厚方管的吸能性能优于焊接拼焊方管。最后,将平滑差厚方管和平滑差厚圆管的实验结果进行对比分析发现,平滑差厚圆管的吸能性能优于平滑差厚方管。

(4)运用ABAQUS软件,对连续变截面薄壁管件进行轴向准静态模拟分析。模型尺寸、参数设置等与实验一致,并且通过模拟分析结果与实验数据的对比结果,发现载荷-位移曲线特性基本吻合。从而得出,利用有限元模拟的方法,可以真实地反映出实验的结果。

(5)结合汽车厂对汽车吸能盒的设计要求,本文以方形变截面吸能盒为基础,运用有限元分析的方法对其进行轴向压溃动态模拟分析。金属薄壁结构的方形变截面吸能盒,分为薄区、厚区及过渡区。通过调整薄区的厚度和长度,起到引导压溃和吸收能量的作用。

(6)本文设计了三种方案,分别为薄区在吸能盒前部、薄区在吸能盒中部、薄区在吸能盒前中部,共3类12种结构模型。

基于长度、冲击能量相等,对它们的压溃模式、载荷变化和能量吸收情况进行对比分析。

研究结果表明,变截面吸能盒的设计,薄区在前部且薄区长度越长,平均冲击载荷越稳定,能量吸收越多。

本文的研究内容对企业汽车设计人员具有参考意义。