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汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化（全套含CAD图纸）
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第 1 页 本科生毕业设计 (论文 ) 外 文 翻 译 原 文 标 题 文 标 题 汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化 作者所在系 别 作者所在专业 作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 完 成 时 间 2017 年 3 月 译文标题 汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化 原文标题 作 者 an 译 名 刘艳杰，丁林 国 籍 中国 第 2 页 庆芬，王丹 原文出处 应用力学与材料 1662 24954 013 士 译文： 关键字 有限元分析 铝合金 形状优化 能量吸收组件 摘 要 ： 在本研究工作中，通过有限元（ 对汽车铝合金能量吸收组件的结构进行了仿真分析和优化设计。使用 件进行数值模拟。汽车能量吸收组件通常制成薄壁管结构。 在本文中，管是采用铝合金材料。对薄壁管的有限元模进行分析， 通过比较理论结果和有限元模型结果，得到的结果为二者具有良好的相关性，这表明数值分析是可靠的。 为提高薄壁管的耐冲击性，将注意力集中在找到一种最佳横截面形状上。 对所研究的几种类型的横截面比较， 结果表明，当采用带槽的方形洁面时，管的耐冲击性明显提高。 引言 汽车的安全性一直是汽车研究领域的一个重要问题。在世界范围内， 交通事故都是一个严重的社会问题。在中国，由于汽车高速撞击造成的死伤的案例，一直是人们关注的焦点。然而 ,由于低速碰撞通常发生在城市的交通拥堵区 1， 2 。对于人员没有较重伤害，因此低速度碰撞没能引起人们的注意。正因为如此，研究低速撞击中涉及的技术问题，就显得尤为必要。薄壁管通常装在汽车前端，是汽车发生碰撞时能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管将会在人的身体受到冲击之前，预先吸收撞击所产生的能量，使乘客舱的受损变得最小化，乘客可以幸存 3， 4。薄壁管在车身的位置如图 1 所示。 本文采用有限元（ 法对汽车吸能部件进行了低速冲击试验研究，并进行了理论验证。并以此优化薄壁管的形状。 有限元建模 主要性能评价参数：在正面低速碰撞的情况下，管材吸收冲击能量，主要通过塑性变形降低冲击载荷峰值 3 。该管的最重要的性能评价参数是通过塑性变形吸收的总冲击能量 击力峰值 管的压缩位移 m。 方程 (1)给出的平均冲击力 ,式中， 总的冲击能量吸收， ) 术平均值 ,随着 增加，管的吸收能量将增加。 大，能量吸收越大，乘客的安全更有保障。因此，在不超过许可峰值的前提下，平均冲击载荷越大，吸收性能越好。 模型的建立：薄壁管，特别是方形截面的薄壁管，一种常见的汽车防碰撞装置， 第 3 页 因为它们相对便宜，通用和高效的吸收能量。导致他们被用于各种各样的冲击加载应用 5 。 在本文中，利用 先创建了一个方形截面管的轴向低速冲击的有限元模型，（ 70、长 160 ），管有限元网格如图 2所示。 刚性板 1000置在管的顶部，如图 2所示，轴向冲击速度为 小时，管是用 7075铝合金制造的模型，屈服强度 y= 455度 = x 10 松比 v= 033 ，杨氏模量 E = 71 图 1 图 2 仿真分析：模拟了方形截面管在轴向低速冲击下的吸能特性。冲击载荷与位移的曲线如图 3 能量曲线所示。位移显示如图 4 所示。其中，冲击载荷峰值是能量吸收的重要参数之一，为 237427于允许值 180了提高吸能特性，必须对管进行优化设计，特别是降低冲击载荷峰值。 图 3 图 4 理论验证：通过比较理论和有限元模型结果，验证了方形截面铝合金管的有限元模型。由于空间的限制，我们只能采取平均冲击负荷的 例。一些研究人员已经进行了实验研究，以更准确地预测工程应用的临界应力。其中，矩形截面薄壁管平均冲击载荷的经验公式为 2 。 3 (2) 当 0 = 12（ 02 + u)，其中 02屈服强， t 是壁厚 ,第 4 页 截面的宽度时，对于目前工作中使用的材料，有： 0=（ 02+ u） /2=（ =此，平均冲击载荷计算由方程（ 3）计算得： 70/ 平均冲击载荷理论计算结 有限元模型的结果 7结果表明，理论计算结果与有限元模型结果的平均差异为 结果相关性良好。为后续的分析结果提供了依据。 优化设计 横截面的形状优化：为了提高碰撞箱的能量吸收特性，优化薄壁管的形状结构是必要的。首先关注的是找到一个最佳的横截面形状的管。五种类型的薄壁管进行了研究和比较。管截面几何形状如图 5 所示，其中，（一）方形、圆形截面（ B），（ C）六边形截面，（ D）和（ E）八角形截面、矩形截面。所有的管子都长 120的是同一圆周 2807075 铝合金材料。根据相同的有限元建模方法和边界条件，对五铝合金管进行了数值模拟。 20 毫秒后冲击载荷下的管倒塌显示如图 6 所示。 对比仿真结果（能量与位移和冲击载荷与位移）如 图 7 图 8 所示。我们可以得出结论为：最好的横截面是形状方形截面（ a），峰值冲击负荷对不同截面形状的管分别为： (a) (b) (c) d)(e) 比允许值 180很多。其中，形状（ a）所受载荷最低。因此我们采取薄壁方形截面管的进一步优化设计。 图 5 图 6 由于薄壁管受到冲击，管子发生内外反复收缩变形，如图 4 所示。根据变形趋势集槽，冲击载荷将减少 。 第 5 页 图 7 图 8 本文采用方形截面管上的凹槽，如图 9（ a）所示。有限元模拟的结果（带凹槽的方形铝合金模型变形，管和冲击载荷与位移的）如图所示 9（ b） 。 图 9 图 10 图 10 中给出了没有槽和槽的管的比较。 结果表明，当采用槽时，方形截面薄壁管的能量吸收特性明显。 当冲击载荷的峰值为 70 ，与无槽 。 因此，我们得出结论，通过选择适当的横截面和采用适当的凹槽， 可成功对 薄壁铝合金材料的形状 进行 优化。 第 6 页 致 谢 这项工作得到了黑龙江省教委科技项目（ 12511391）的财政支持。 第 7 页 参考文献 1 A M S 32 (2007), 2 M A M 2006) 3 H. R. . 46(2008), 4 X. Y. X. L. Y. Y. Li . G. 29( 2005), 5 Q. F. et 2009) 6 A et 3001) 第 8 页 指 导 教 师 评 语 外文翻译成绩： 指导教师签字： 年 月 日 第 9 页 注： 1. 指导教师对译文
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