文档介绍：北京工业大学
硕士学位论文
带有规则纹路薄壁管的抗撞性分析与优化设计
姓名:薛贵林
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:隋允康;杜家政
20090401
摘要汽车、火车、轮船和飞机等交通工具在发生碰撞事故时,其吸能元件吸收了大部分能量,因此其吸能元件的抗撞性能已经越来越被广大的设计人员重视。吸能元件的好与坏直接关系到上述交通工具的好与坏,同时也关系到使用者的人身安全。目前抗撞性领域基本上都采用光滑薄壁壳作为吸能元件,而对带有规则纹传统的抗撞性研究方法都是通过重复试验来进行设计改进,其工程成本极高,研究周期也很长。为此本文应用了目前高性能的计算机技术和有限元数值模拟技术,结合结构优化方法,从以下几个主要方面对薄壁结构进行了抗撞性数值分析与优化设计。τ么笮陀邢拊H砑嗀/.的参数化建模方法,建立了薄壁管数值仿真模型,并对其进行了大量的数值模拟计算,分析其在冲击载荷下吸能的变化情况。远啾咝谓孛婀饣”诠芎偷谝焕喙嬖蛭坡繁”诠艿淖畲笪芪=峁优化目标,采用了离散变量搜索方法一斐波那契搜索法,对两种薄壁结构进行了优化求解。缘诙喙嬖蛭坡繁”诠艿淖畲笪芪=峁褂呕勘辏捎昧讼煊γ的方法拟合了其目标函数,并采用二次规划算法对优化模型进行求解。7奖闵杓迫嗽倍怨嬖蛭坡繁”诮杏呕杓疲嘀屏舜猩杓平缑的绿色优化设计软件,极大地提高了设计者的优化效率。通过应用数值模拟与结构优化对规则纹路薄壁管进行抗撞性优化设计表明,带有规则纹路薄壁管在抗撞性上比光滑薄壁管有不可比拟的优良性能。此研究内容为寻求优良的吸能元件方面提供了一个新的方向,同时为提高各种交通工具的抗撞性吸能提供了重要的指导作用。关键词:抗撞性;规则纹路薄壁管;数值模拟;结构优化;响应面法;斐波那契路薄壁壳的研究很少。
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翮签◆飞¨日期:兰竺独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名:本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
,随之而来的各种各样的交通事故也频频发生,由中华人民共和国公安部所报告的年全国道路交通事故情况:年,,造成万人死亡、甇万人受伤,!H绱伺哟蟮氖葜校膳鲎彩鹿室⒌牡缆方煌ㄊ鹿适侵饕P态,碰撞事故死亡人数占事故总死亡人数的大多部分,所以对汽车等交通工具的碰撞吸能性能的研究要求越来越严格。如何提高汽车在碰撞过程中的被动安全性能,最大限度地避免或减轻乘员在汽车碰撞中的伤亡程度将成为我国汽车被动安许多交通工具以及其他抗撞性的物品设计材料中,主要使用的是延性金属,由钢和铝合金等材料构成,而这种延性金属在碰撞中对能量吸收一般都是经过塑性变形来完成的,但实际结构在碰撞下的反应,往往是有多种变形和损坏模式混杂在一起的。例如,汽车和飞机的薄壁结构撞坏时,其部分元件就会发生塑性弯曲、塑性扭转、塑性屈曲、裂纹扩展和断裂,有的元件可能被穿透。还有一些抗撞性的结构设计中,采用复合材料制成的结构来充当运动结构在碰撞中的吸能结构。而复合材料吸收能量的机制则完全不同于金属结构,复合材料大都比较脆,不能发生像钢、铝那样的大范围的塑性变形,所以碰撞后对复合材料结构所造成的损坏往往是肉眼不易察觉的。但深入研究表明,碰撞后结构中很可能已经残留了一些裂纹,因而结构承载能力降低%都是很有可能的。金属圆柱壳作为一种低成本、高吸能的构件,由于其优良的碰撞吸能性能使其广泛地应用于飞机、汽车、铁路列车和轮船等几乎所有交通工具的碰撞动能耗散系统中。金属薄壁吸能元件主要是通过塑性变形来耗散冲击动能,受冲击载荷作用后所发生的总变形量远远超过传统承载结构的变形量;而且薄壁金属管轴向变形所储存的能量大约要比横向高一个数量级,因此研究薄壁管在轴向冲击载荷作用下的动态吸能特性【】是结构抗撞性领域的重要课题。从世纪年代以来,国外学者通过理论分析、数值模拟和试验研究等技术手段,对轴向载荷作用下的典型薄壁构件的动、静力学特性进行了广泛研究。随着车身抗撞性研究的不断深入,从世纪年代末起,金属薄壁构件的轴压吸能这一典型问题再次引全性研究的重要课题。
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