新型负泊松比结构关键技术研究及其在车身设计中的应用

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1、学校代号10532学号B1102S015分类号O302；U461密级博士学位论文新型负泊松比结构关键技术研究及其在车身设计中的应用学位申请人姓名周冠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车辆工程研究方向汽车结构优化设计论文提交日期2015年10月15日湖南大学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究所取得的研究成果。除了文中特别加抖■标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的

2、个人和集体，均己在义中臥明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：曰期；年月ＩＩ１句备学位论文版权使用授权书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义的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可切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，可封采用影印、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

3、四。＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）＂作者签名：、辜Ｎ／曰期：ＶＩ主年＾月／曰＾导师签名：月曰：曰期２。位年｜如｜■学校代号：10532学号：B1102S015密级：湖南大学博士学位论文新型负泊松比结构关键技术研究及其在车身设计中的应用学位申请人姓名：周冠导师姓名及职称：李光耀教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：车辆工程论文提交日期：2015年10月15日论文答辩日期：2015年11月12日答辩委员会主席：刘腾喜教授StudyonkeytechniquesofNPRstructu

4、reanditsapplicationinvehiclebodydesignbyZhouGuanB.E.(HunanUniversity)2004AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinAutomotiveEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLIGuangyaoOc

5、tober,2015博士学位论文摘要负泊松比结构由于具有优异的力学性能、良好的能量吸收能力和轻质化特性，在汽车工业设计中具有广泛应用前景，可应用于结构设计中来提高零件的性能和进行轻量化设计等。近年来国内外很多学者针对负泊松比结构和材料开展了广泛的研究，并取得了大量成果，但是负泊松比结构和材料的相关研究仍存在许多问题，且研究主要集中在新型负泊松比结构和材料的制造和直接应用等方面，目前国内对于负泊松比结构的研究还处于起步阶段。本文基于一种新型（双箭头型）负泊松比结构，在微观结构参数与宏观力学性能的关系、性能研究

6、方法、微观结构设计优化和在汽车工业中进行应用等方面对负泊松比结构进行了较为系统和深入的研究。本文主要开展了以下几个方面的研究内容：1.建立了双箭头型负泊松比结构微观结构参数与等效力学性能的力学模型。根据负泊松比结构的蜂窝结构特性，利用等效性能的方式对双箭头型负泊松比结构元胞拓扑结构与宏观性能之间的关系进行了研究，建立了双箭头型负泊松比结构的微观拓扑结构参数与等效弹性性能的力学模型，为两者的关系研究提供了理论基础。同时对双箭头型负泊松比结构的静力学特性、面内压缩特性和能量吸收特性等进行了分析研究，为本文后续对

7、负泊松比结构的性能仿真方法研究、优化设计和工程应用等建立了研究基础。2.建立了基于新型Timoshenko大变形梁单元的负泊松比结构仿真分析模型。传统负泊松比结构的研究方法主要是通过利用传统梁单元模型和六面体实体单元等来建立有限元模型进行分析，存在着精度差或效率较低的问题。本文提出了一种新型Timoshenko梁单元，该梁单元通过有效的结合全局坐标系和绝对节点坐标方程，使其非常适合复杂系统的大变形模拟，并采用合适选取形函数策略和接近近似法，能有效解决模型计算过程中容易出现的数值问题。针对双箭头型负泊松比结构

8、的大变形特性，本文将该新型Timoshenko大变形梁单元应用于负泊松比结构的仿真研究。基于新型Timoshenko梁单元、传统梁单元和六面体单元分别建立了负泊松比结构二维单胞元、二维多胞元和三维多胞元的仿真分析模型，对不同模型的仿真结果进行研究表明，基于新型Timoshenko梁单元模型的负泊松比结构模型可很好的保证仿真分析的精度和效率，最后通过样件的准静态压缩实验验证了模型的精度。3.提出了一种基于参数化模型