汽車保險杠鋁成型組件有限元分析及工藝優(yōu)化設計【三維】【含CAD高清圖紙、文檔全套】【LB4】

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本科生畢業(yè)設計 (論文) 外 文 翻 譯 原 文 標 題 Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum Alloy Automobile Energy-absorbing Components 譯 文 標 題 汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化 作者所在系別 機電工程學院 作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 B13141 作 者 姓 名 馬關益 作 者 學 號 201322416 指導教師姓名 許文娟 指導教師職稱 講師 完 成 時 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 — 41 — 譯文標題 汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化 原文標題 Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum Alloy Automobile Energy-absorbing Components 作 者 Liu Yan jie，Ding Lin，Qing fen，Wang Dan 譯 名 劉艷杰，丁林 李慶芬，王丹 國 籍 中國 原文出處 應用力學與材料ISSN：1662-7482，Vols。 249-250，pp 954-957 doi：10.4028 / www.scientific.net / AMM.249-250.954?2013 Trans Tech Publications，瑞士 譯文： 關鍵字 有限元分析 鋁合金 形狀優(yōu)化 能量吸收組件 摘 要： 在本研究工作中，通過有限元（FE）法對汽車鋁合金能量吸收組件的結構進行了仿真分析和優(yōu)化設計。使用LS-DYNA軟件進行數(shù)值模擬。汽車能量吸收組件通常制成薄壁管結構。 在本文中，管是采用鋁合金材料。對薄壁管的有限元模進行分析， 通過比較理論結果和有限元模型結果，得到的結果為二者具有良好的相關性，這表明數(shù)值分析是可靠的。 為提高薄壁管的耐沖擊性，將注意力集中在找到一種最佳橫截面形狀上。 對所研究的幾種類型的橫截面比較， 結果表明，當采用帶槽的方形潔面時，管的耐沖擊性明顯提高。 引言 汽車的安全性一直是汽車研究領域的一個重要問題。在世界范圍內，交通事故都是一個嚴重的社會問題。在中國，由于汽車高速撞擊造成的死傷的案例，一直是人們關注的焦點。然而,由于低速碰撞通常發(fā)生在城市的交通擁堵區(qū)[ 1，2 ]。對于人員沒有較重傷害，因此低速度碰撞沒能引起人們的注意。正因為如此，研究低速撞擊中涉及的技術問題，就顯得尤為必要。薄壁管通常裝在汽車前端，是汽車發(fā)生碰撞時能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管將會在人的身體受到沖擊之前，預先吸收撞擊所產生的能量，使乘客艙的受損變得最小化，乘客可以幸存[ 3，4]。薄壁管在車身的位置如圖1所示。 本文采用有限元（FE）方法對汽車吸能部件進行了低速沖擊試驗研究，并進行了理論驗證。并以此優(yōu)化薄壁管的形狀。 有限元建模 主要性能評價參數(shù)：在正面低速碰撞的情況下，管材吸收沖擊能量，主要通過塑性變形降低沖擊載荷峰值[ 3 ]。該管的最重要的性能評價參數(shù)是通過塑性變形吸收的總沖擊能量Es，沖擊力峰值Fp,該管的壓縮位移δe和平均沖擊載荷Fm。 方程(1)給出的平均沖擊力,式中，Es是總的沖擊能量吸收，δe壓縮位移。 Fm=Esδe (1) Fm算術平均值,隨著Fm的增加，管的吸收能量將增加。Fm越大，能量吸收越大，乘客的安全更有保障。因此，在不超過許可峰值的前提下，平均沖擊載荷越大，吸收性能越好。 模型的建立：薄壁管，特別是方形截面的薄壁管，一種常見的汽車防碰撞裝置，因為它們相對便宜，通用和高效的吸收能量。導致他們被用于各種各樣的沖擊加載應用[ 5 ]。 在本文中，利用LS-DYNA首先創(chuàng)建了一個方形截面管的軸向低速沖擊的有限元模型，（70mm寬、長160mm 、1.65mm厚），管有限元網格如圖2所示。 剛性板1000kg，放置在管的頂部，如圖2所示，軸向沖擊速度為4.44米/小時，管是用7075鋁合金制造的模型，屈服強度σy= 455MPa，密度ρ = 2.81 x 10-6kg / mm3，泊松比v= 033 ，楊氏模量E = 71Gpa。 圖1 圖2 仿真分析：模擬了方形截面管在軸向低速沖擊下的吸能特性。沖擊載荷與位移的曲線如圖3能量曲線所示。位移顯示如圖4所示。其中，沖擊載荷峰值是能量吸收的重要參數(shù)之一，為237427kN，高于允許值180kN。為了提高吸能特性，必須對管進行優(yōu)化設計，特別是降低沖擊載荷峰值。 圖3 圖4 理論驗證：通過比較理論和有限元模型結果，驗證了方形截面鋁合金管的有限元模型。由于空間的限制，我們只能采取平均沖擊負荷的Fm為例。一些研究人員已經進行了實驗研究，以更準確地預測工程應用的臨界應力。其中，矩形截面薄壁管平均沖擊載荷的經驗公式為[ 2 ]。 Fm=13.06σ0t2(bt)13 (2) 當σ0=12（σ02+σu)，其中σ02屈服強，σ u是極限強度，t是壁厚,b是正方形截面的寬度時，對于目前工作中使用的材料，有： σ0=（σ02+σ u）/2=（0.455+0.780）=0.62GPa 因此，平均沖擊載荷計算由方程（3）計算得： Fm=13.06×0.62×1.652×(70/1.65)1/3≈76.88KN。 平均沖擊載荷理論計算結Fm = 76.88KN,與有限元模型的結果Fm=77KN進行比較,結果表明，理論計算結果與有限元模型結果的平均差異為1.56%,結果相關性良好。為后續(xù)的分析結果提供了依據。 優(yōu)化設計 橫截面的形狀優(yōu)化：為了提高碰撞箱的能量吸收特性，優(yōu)化薄壁管的形狀結構是必要的。首先關注的是找到一個最佳的橫截面形狀的管。五種類型的薄壁管進行了研究和比較。管截面幾何形狀如圖5所示，其中，（一）方形、圓形截面（B），（C）六邊形截面，（D）和（E）八角形截面、矩形截面。所有的管子都長1.65mm，厚 120mm，用的是同一圓周280mm，7075鋁合金材料。根據相同的有限元建模方法和邊界條件，對五鋁合金管進行了數(shù)值模擬。20毫秒后沖擊載荷下的管倒塌顯示如圖6所示。 對比仿真結果（能量與位移和沖擊載荷與位移）如圖7圖8所示。我們可以得出結論為：最好的橫截面是形狀方形截面（a），峰值沖擊負荷對不同截面形狀的管分別為：(a) 237.433kN, (b) 273.66kN, (c) 272.81kN,(d)276.27kN, (e) 238.68kN，都比允許值180KN高很多。其中，形狀（a）所受載荷最低。因此我們采取薄壁方形截面管的進一步優(yōu)化設計。 圖5 圖6 由于薄壁管受到沖擊，管子發(fā)生內外反復收縮變形，如圖4所示。根據變形趨勢集槽，沖擊載荷將減少。 圖7 圖8 本文采用方形截面管上的凹槽，如圖9（a）所示。有限元模擬的結果（帶凹槽的方形鋁合金模型變形，管和沖擊載荷與位移的）如圖所示9（b）。 圖9 圖10 圖10中給出了沒有槽和槽的管的比較。 結果表明，當采用槽時，方形截面薄壁管的能量吸收特性明顯。 當沖擊載荷的峰值為70 kN時，與無槽相比降低約70.5％。 因此，我們得出結論，通過選擇適當?shù)臋M截面和采用適當?shù)陌疾?，可成功對薄壁鋁合金材料的形狀進行優(yōu)化。 致 謝 這項工作得到了黑龍江省教委科技項目（12511391）的財政支持。 參考文獻 [1] A .Reye, M Langseth, and O S Hopperstad: Norwegian University of Science and Technology, Vol. 32 (2007), p.245 [2] M Avery, A M Weekes. In: Proceedings of Crash (2006) [3] H. R. Zarei and M. Kroger: Thin-walled Structures, Vol. 46(2008), p.214 [4] X. Y. Zhang, X. L. Jin, Y. Y. Li and G. G. Li. Material & Design, Elsevier, Vol. 29( 2005), p.403 [5] Q. F. Li, et al: ICMTAM Conference (2009) [6] A .Reye, et al: 3rd European LS-DYNA Users Conference(2001) 指 導 教 師 評 語 外文翻譯成績： 指導教師簽字： 年 月 日 注：1. 指導教師對譯文進行評閱時應注意以下幾個方面：①翻譯的外文文獻與畢業(yè)設計（論文）的主題是否高度相關，并作為外文參考文獻列入畢業(yè)設計（論文）的參考文獻；②翻譯的外文文獻字數(shù)是否達到規(guī)定數(shù)量（3 000字以上）；③譯文語言是否準確、通順、具有參考價值。 2. 外文原文應以附件的方式置于譯文之后。 第 8 頁