功能梯度化薄壁吸能結(jié)構(gòu)耐撞性能研究與優(yōu)化.pdf

1、能源壓力和環(huán)境惡化迫使汽車行業(yè)實行車身輕量化，以減輕車身質(zhì)量、減少能源的消耗和尾氣排放。為了不在車身輕量化中降低車輛原有的性能，一種將車身零件功能梯度化的思想被提了出來，它通過提高材料利用率來實現(xiàn)在降低質(zhì)量的同時提升性能。汽車吸能器是保證車輛被動安全的重要部件，在發(fā)生碰撞事故時吸能器通過變形吸收大部分能量來保護乘客安全。
　　功能梯度泡沫（FGF,Functionally Graded Foam）和功能梯度管壁（FGW,Funct

2、ionally Graded Wall）都是根據(jù)功能梯度化思想設(shè)計出的新奇結(jié)構(gòu)，前者是泡沫密度功能梯度化，后者是管壁厚度功能梯度化。近期研究表明它們在軸向加載下有很好的吸能性能，因而獲得廣泛的關(guān)注。然而，在現(xiàn)實中吸能器不會只承受軸向加載。尤其在真實的交通事故中，它在大多情況下都要承受一定的傾斜加載。本文旨在研究FGF-UW（Functionally Graded Foam-Filled Uniform Wall）方管和UF-FGW（Un

3、iform Foam-Filled Functionally GradedWall）圓管在多種加載方式下的防撞性。FGF-UW方管內(nèi)填充的FGF，其密度在軸向由冪指數(shù)n來控制變化。數(shù)值分析結(jié)果表明在多種加載方式下的FGF-UW方管比對應(yīng)的UF-UW（Uniform Foam-Filled Uniform Wall）方管有更好的防撞性，并且參數(shù)n對FGF-UW方管的防撞性能影響很大。UF-FGW圓管的管壁是FGW，由冪指數(shù) m控制，在軸向

4、變化。數(shù)值分析結(jié)果表明在多種加載方式下的UF-FGW圓管比對應(yīng)的其他三種配置的圓管有更好的防撞性，并且參數(shù)m和厚度范圍對UF-FGW圓管的防撞性影響很大。
　　為了得到在特定加載下有最優(yōu)的防撞性的FGF-UW方管，應(yīng)用了基于非支配排序的多目標(biāo)優(yōu)化算法（NSGA-II）來尋找最優(yōu)的梯度。其中，應(yīng)用了RBF這種近似模型方法來建立SEA（Specific Energy Absorption）和IPF（Initial Peak Force

5、）的近似模型。優(yōu)化結(jié)果表明不同沖擊角度下的優(yōu)化結(jié)果不同。所以，為了增加穩(wěn)健性，實施了一種綜合多種加載角的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化的結(jié)果進一步表明了FGF-UW方管相比UF-UW方管有更好的防撞性。所以FGF-UW方管被推薦為一種有潛力的吸能器。然后同樣地，使用RBF近似模型和NSGA-II，進行綜合多種加載角的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計，來對UF-FGW圓管進行優(yōu)化，優(yōu)化的結(jié)果表明了UF-FGW圓管相比其他對應(yīng)配置的吸能結(jié)構(gòu)有更好的耐撞性。所以優(yōu)化后的