功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能研究与优化

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1、学校代号10532学号S12021150分类号U463.83.密级公开硕士学位论文功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能研究与优化学位申请人姓名张哲硕培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称李光耀教授学科专业机械工程研究方向碰撞安全论文提交日期2015年月日学校代号：10532学号：S12021150密级：公开湖南大学硕士学位论文功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能研究与优化学位申请人姓名：张哲硕导师姓名及职称：李光耀教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年月日论文答辩日期：2015年05月21日答辩委员

2、会主席：龚金科教授Researchandoptimizationonthefunctionallygradedthin-wallstructureincrashworthinessbyZheshuoZhangB.E.(KunmingUniversityofScienceandTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringin

3、theGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorGuangyaoLiMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研巧所取得的研巧成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。－作者签名：＞＾曰：談棄硕日期／知ｙ月２＾１学位论文版权使用

4、授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，＾可レッ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１，、保密□在年解密后适用本授权书。＿２。、不保密。’（请在Ｗ上相应方框内打小）作者签名：考殘曰期：从抑Ｓ月２１曰导师签名：曰期；２〇皮年玄月Ｚ曰）功能梯度化薄壁吸能结构耐撞性能研究与优化摘要能

5、源压力和环境恶化迫使汽车行业实行车身轻量化，以减轻车身质量、减少能源的消耗和尾气排放。为了不在车身轻量化中降低车辆原有的性能，一种将车身零件功能梯度化的思想被提了出来，它通过提高材料利用率来实现在降低质量的同时提升性能。汽车吸能器是保证车辆被动安全的重要部件，在发生碰撞事故时吸能器通过变形吸收大部分能量来保护乘客安全。功能梯度泡沫（FGF,FunctionallyGradedFoam）和功能梯度管壁（FGW,FunctionallyGradedWall）都是根据功能梯度化思想设计出的新奇结构，前者是泡沫密度功能梯度化，后者是

6、管壁厚度功能梯度化。近期研究表明它们在轴向加载下有很好的吸能性能，因而获得广泛的关注。然而，在现实中吸能器不会只承受轴向加载。尤其在真实的交通事故中，它在大多情况下都要承受一定的倾斜加载。本文旨在研究FGF-UW（FunctionallyGradedFoam-FilledUniformWall）方管和UF-FGW（UniformFoam-FilledFunctionallyGradedWall）圆管在多种加载方式下的防撞性。FGF-UW方管内填充的FGF，其密度在轴向由幂指数n来控制变化。数值分析结果表明在多种加载方式下的F

7、GF-UW方管比对应的UF-UW（UniformFoam-FilledUniformWall）方管有更好的防撞性，并且参数n对FGF-UW方管的防撞性能影响很大。UF-FGW圆管的管壁是FGW，由幂指数m控制，在轴向变化。数值分析结果表明在多种加载方式下的UF-FGW圆管比对应的其他三种配置的圆管有更好的防撞性，并且参数m和厚度范围对UF-FGW圆管的防撞性影响很大。为了得到在特定加载下有最优的防撞性的FGF-UW方管，应用了基于非支配排序的多目标优化算法（NSGA-II）来寻找最优的梯度。其中，应用了RBF这种近似模型方法

8、来建立SEA（SpecificEnergyAbsorption）和IPF（InitialPeakForce）的近似模型。优化结果表明不同冲击角度下的优化结果不同。所以，为了增加稳健性，实施了一种综合多种加载角的多目标优化设计。优化的结果进一步表明了FGF-UW方管相比UF-UW方管有更好的