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新型變截面吸能盒的軸向壓潰實驗及數(shù)值模擬
發(fā)布時間：
2018-10-23
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車的節(jié)能、環(huán)保、安全成為了社會普遍關(guān)注的問題。汽車輕量化作為解決節(jié)能環(huán)保問題的理想方式,已成為汽車行業(yè)發(fā)展的未來方向。薄壁金屬管件因其具有質(zhì)量輕、易加工、成本低、塑性變形穩(wěn)定且能量吸收性能好等特點,常被用作汽車緩沖吸能部件。本文以汽車吸能盒為研究對象,提出一種新型變截面結(jié)構(gòu)的吸能盒。通過將實驗與數(shù)值模擬分析方法相結(jié)合,對吸能盒在低速碰撞下的吸能效果進行研究。?本文具體研究
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車的節(jié)能、環(huán)保、安全成為了社會普遍關(guān)注的問題。汽車輕量化作為解決節(jié)能環(huán)保問題的理想方式,已成為汽車行業(yè)發(fā)展的未來方向。薄壁金屬管件因其具有質(zhì)量輕、易加工、成本低、塑性變形穩(wěn)定且能量吸收性能好等特點,常被用作汽車緩沖吸能部件。本文以汽車吸能盒為研究對象,提出一種新型變截面結(jié)構(gòu)的吸能盒。通過將實驗與數(shù)值模擬分析方法相結(jié)合,對吸能盒在低速碰撞下的吸能效果進行研究。
本文具體研究內(nèi)容如下:
(1)對變截面結(jié)構(gòu)薄壁管做了準(zhǔn)靜態(tài)實驗研究,發(fā)現(xiàn)過渡區(qū)漸變平滑的差厚管,具有表面質(zhì)量好、減重40%且吸能性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
(2)本文選用兩種變截面結(jié)構(gòu)材料,一種為截面連續(xù)變化的差厚板(TRB,Tailor Rolled Blanks)材料,另一種為厚度突變的激光拼焊板(TWB,Tailor Welded Blanks)。對比分析了這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,并制作了幾何等效的平滑差厚圓管、平滑差厚方管、激光拼焊圓管及激光拼焊方管,為后續(xù)實驗作準(zhǔn)備。
(3)在軸向準(zhǔn)靜態(tài)壓潰條件下,分別對平滑差厚圓管與激光拼焊圓管的軸向響應(yīng)特性進行了對比,發(fā)現(xiàn)平滑差厚圓管的吸能性能優(yōu)于焊接拼焊圓管。同樣,對相同條件下的平滑差厚方管與激光拼焊方管做同樣的對比實驗,實驗結(jié)果顯示,平滑差厚方管的吸能性能優(yōu)于焊接拼焊方管。最后,將平滑差厚方管和平滑差厚圓管的實驗結(jié)果進行對比分析發(fā)現(xiàn),平滑差厚圓管的吸能性能優(yōu)于平滑差厚方管。
(4)運用ABAQUS軟件,對連續(xù)變截面薄壁管件進行軸向準(zhǔn)靜態(tài)模擬分析。模型尺寸、參數(shù)設(shè)置等與實驗一致,并且通過模擬分析結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的對比結(jié)果,發(fā)現(xiàn)載荷-位移曲線特性基本吻合。從而得出,利用有限元模擬的方法,可以真實地反映出實驗的結(jié)果。
(5)結(jié)合汽車廠對汽車吸能盒的設(shè)計要求,本文以方形變截面吸能盒為基礎(chǔ),運用有限元分析的方法對其進行軸向壓潰動態(tài)模擬分析。金屬薄壁結(jié)構(gòu)的方形變截面吸能盒,分為薄區(qū)、厚區(qū)及過渡區(qū)。通過調(diào)整薄區(qū)的厚度和長度,起到引導(dǎo)壓潰和吸收能量的作用。
(6)本文設(shè)計了三種方案,分別為薄區(qū)在吸能盒前部、薄區(qū)在吸能盒中部、薄區(qū)在吸能盒前中部,共3類12種結(jié)構(gòu)模型。
基于長度、沖擊能量相等,對它們的壓潰模式、載荷變化和能量吸收情況進行對比分析。
研究結(jié)果表明,變截面吸能盒的設(shè)計,薄區(qū)在前部且薄區(qū)長度越長,平均沖擊載荷越穩(wěn)定,能量吸收越多。
本文的研究內(nèi)容對企業(yè)汽車設(shè)計人員具有參考意義。
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