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华侨大学本科毕业论文(设计)开题报告学院：机电及自动化学院专业班级：10机械设计 姓名学号指导教师职称学历课题名称梯度蜂窝结构的抗弯性能分析 设计（论文）类型（划）工程设计应用研究开发研究基础研究其它1、 本课题的的研究目的和意义： 本文针利用梯度蜂窝结构的材料特性和结构特性，通过建立不同梯度变化的蜂窝梁有限元模型，经过数值模拟计算，比较不同梯度变化规律对梁抗弯性能的影响，从而得出抗弯性能最好的蜂窝结构的变化规律，应用于汽车的轻量化研究和安全性研究当中。2、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：近年来，国内外诸多学者对蜂窝结构的力学性能进行了研究。Ruan、Zou等通过数值分析方法研究了六边形蜂窝的承载能力和变形模式；Mohr和Doyoyo等研究了正六边形蜂窝动态应变率响应特性；Santosa 与Wierzbicki等对正六边形蜂窝的吸能特性进行了理论推导与数值分析，并得到耐撞吸能响应的预测公式；尹汉峰等基于简化折叠单元的方法对六边形蜂窝在轴向动态冲击下的吸能原理进行了理论公式的推导，并对其吸能能力展开了优化。为了获得更好的综合力学性能，学者们又提出了不同的组合蜂窝结构，并对其静态及准静态特性进行了讨论。但对于组合结构在冲击载荷作用下动力学性能的研究还未深入展开，而且，针对胞元空间微拓扑结构及其组合方式的变化所引起的蜂窝材料丰富的动力学演化特性，也有待于进一步探讨。运用目前提出了“功能梯度”的概念，可以使得蜂窝填充薄壁结构的承载能力变成一个可控的变量，而不是一个恒定的值。这样就为实现蜂窝材料，及蜂窝材料填充薄壁结构的能量吸收多目标优化提供可能，也可以进一步完善蜂窝材料的梯度设计理论。3、本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式： 汽车发生正面碰撞时,主要由车身前部“压溃区”的塑性变形来吸收碰撞动能，并且主要是由端部底架结构的大变形来缓和冲击和吸收冲击动能。对轿车和轻型客车来说，前纵梁前端的薄壁梁结构的吸能特性和变形模式将决定车体在撞击时的加速度或力的响应，对乘员保护有非常重要的作用；而前纵梁在正面碰撞中又主要靠其前端的薄壁直梁吸能，所以薄壁直梁的安全设计是抗撞性设计的研究重点。 因此，作者在本文的研究工作中，对梯度蜂窝结构的薄壁直梁进行了数值模拟和抗弯性分析，对冲击变形和吸能特性进行了研究，并建立了吸能性和蜂窝构件梯度变化规律的关系。成果形式：科研论文 4、拟解决的关键问题： 通过研究梯度蜂窝结构在受到冲击载荷时的抗弯性能，找出抗弯性最佳的梯度蜂窝的厚度变化规律，用以帮助设计制造安全性更高，轻量化性能更好的汽车等机械产品。5、研究思路、方法和步骤： 通过有限元建模及其仿真分析计算比较出不同梯度变化规律的蜂窝的抗弯性能。步骤： 1.分析不同梯度变化规律的蜂窝。 2.Hypermesh几何建模及有限元建模。 3.LS-DYNA数值模拟计算。 4.比较不同类型蜂窝的抗弯性能。6、本课题的进度安排： 1-2周 查阅资料及翻译文献，参加讨论一次，建立提纲 3-4周 初步建立几何模型和有限元模型 5-11周 完成有限元模型和几何模型的建立并分析计算 12-15周 论文撰写 16周 毕业答辩 7、 参考文献：1 胡安生，冯夏勇. 国际汽车工业的变化趋势. 汽车情报，2004，24(1): 4-92 王晓，刘星荣，葛如海. 波纹管在汽车碰撞吸能中的正交优化设计. 江苏理工大学学报，2001，22(3): 29-323 McNay I I, Gene H. Numerical modeling of tube crash with experimental comparison. In: SAE Passenger Car Meeting and Exposition. America: SAE, 1988, 1231344 杜星文，宋宏伟. 圆柱壳冲击动力学及抗撞性设计.北京：科学出版社，20045 Pugsley A, Macaulay, M. The large scale crumpling of thin cylindrical columns.Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics, 1960, 13(1): 1-96 Alexander J M. An approximate analysis of the collapse of thin cylindrical shells under axial load. Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics,1969, 13: 10-157 Al-Hassani S T S, Johnson W, Lowe W T. Characteristics of inversion tubes under axial loading. Journal of Mechanical Engineering Sciences, 1972, 14:370-3818 Johnson W, Soden P D, Al-Hassani S T S. Inextensional collapse of thin-walled tubes under axial compression. Journal of Strain Analysis, 1977, 12:317-3309 Wierzbicki T, Akerstrom T. Dynamic crushing of strain sensitive box columns. In:Proceedings of 2nd International Conference of Vehicle Structure and Mechanics. Southfield: Michel, 1977, 18-2010 Wierzbicki T, Abramowicz. On the crushing mechanics of thin-walled structures.Journal of Applied Mechanics, 1983, 50: 727-73411 Wierzbicki T. Crushing analysis of metal honeycombs. International Journal of Impact Engineering, 1983, 1(2): 157-17412 Abramowicz W, Jones N. Dynamic axial crushing of circular tubes. International Journal of Impact Engineering, 1984, 2(3): 263-28113 Aya N, Takahashi K. Energy absorption characteristics of vehicle body structure.In: Proceedings of Transaction of the Society of Automotive Engineers. Japan:Japanese, 1974, 1-714 Magee C L, Thornton P H. Design consideration in energy absorption by structural collapse. In: Proceedings of Congress of Exposition. Detroit: Mich.,1978, 4-34- 106 -博士学位论文15 Mahmood H F, Paluszny A. Design of thin walled columns for crash energymanagement-their strength and mode of collapse. In: Proceedings of 4Th Instructural Conference on Vehicle Structural Mechanics. Detroit: Mich., 1981,7-1816 Kamal M M. Analysis and simulation of vehicle-to-barrier impact. In:Proceedings of SAE Transportation. Detroit: 1970, 04-1417 Herridge J T, Mitchell R K. Development of a computer simulation program for collinar car/car and car/barrier collisions. In: Proceedings of U.S. Department of Transportation. America: American, 1972, 800-64A18 Melosh R J, Kamat M P. Computer simulation of a light aircraft crash. Journal of Aircraft, 1977, 14:1009-101419 Ni C M, Song J O. Computer-aided design analysis methods for crashworthiness design. In: Proceedings of Symp Vehicle Crashworthiness Including Impact Biomechanics. Canada: American Society of Mechanical Engineers, 1986,10-2020 Belytschko T, Welch R E, Bruce R W. Finite element analysis of automotive structures under crash loadings. In: Proceedings of IIT Research Institute.Chicago: America, 1975, 37-4621 Benson D J, Hallquist J O. The application of DYNA3D in large scalecrashworthiness calculations. In: Proceedings of ASME InternationalComputers in Engineering Conf. Chicago: American, 1984, 8-1222 Jong K Y, Luo S L, Hsieh W L. The application of crashworthiness to the development of vehicle components. In: Proceedings of SAE Transportation.Detroit: 1994, 51-6623 Hajela P, Lee E. Topological optimization of rotorcraft subfloor structures for