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

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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文) 外 文 翻 譯 原 文 標(biāo) 題 Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum Alloy Automobile Energy-absorbing Components 譯 文 標(biāo) 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(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級(jí) B13141 作 者 姓 名 馬關(guān)益 作 者 學(xué) 號(hào) 201322416 指導(dǎo)教師姓名 許文娟 指導(dǎo)教師職稱 講師 完 成 時(shí) 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 — 41 — 譯文標(biāo)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(biāo)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(guó) 籍 中國(guó) 原文出處 應(yīng)用力學(xué)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(guān)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(guò)有限元（FE）法對(duì)汽車鋁合金能量吸收組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用LS-DYNA軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。汽車能量吸收組件通常制成薄壁管結(jié)構(gòu)。 在本文中，管是采用鋁合金材料。對(duì)薄壁管的有限元模進(jìn)行分析， 通過(guò)比較理論結(jié)果和有限元模型結(jié)果，得到的結(jié)果為二者具有良好的相關(guān)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(duì)所研究的幾種類型的橫截面比較， 結(jié)果表明，當(dāng)采用帶槽的方形潔面時(shí)，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(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。在世界范圍內(nèi)，交通事故都是一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。在中國(guó)，由于汽車高速撞擊造成的死傷的案例，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。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(duì)于人員沒(méi)有較重傷害，因此低速度碰撞沒(méi)能引起人們的注意。正因?yàn)槿绱?，研究低速撞擊中涉及的技術(shù)問(wèn)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(shí)能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管將會(huì)在人的身體受到?jīng)_擊之前，預(yù)先吸收撞擊所產(chǎn)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(duì)汽車吸能部件進(jìn)行了低速?zèng)_擊試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了理論驗(yàn)證。并以此優(yōu)化薄壁管的形狀。 有限元建模 主要性能評(píng)價(jià)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(guò)塑性變形降低沖擊載荷峰值[ 3 ]。該管的最重要的性能評(píng)價(jià)參數(shù)是通過(guò)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(shù)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(guò)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(jiàn)的汽車防碰撞裝置，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)便宜，通用和高效的吸收能量。導(dǎo)致他們被用于各種各樣的沖擊加載應(yīng)用[ 5 ]。 在本文中，利用LS-DYNA首先創(chuàng)建了一個(gè)方形截面管的軸向低速?zèng)_擊的有限元模型，（70mm寬、長(zhǎng)160mm 、1.65mm厚），管有限元網(wǎng)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(shí)，管是用7075鋁合金制造的模型，屈服強(qiáng)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?zèng)_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(duì)管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是降低沖擊載荷峰值。 圖3 圖4 理論驗(yàn)證：通過(guò)比較理論和有限元模型結(jié)果，驗(yàn)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(fù)荷的Fm為例。一些研究人員已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工程應(yīng)用的臨界應(yīng)力。其中，矩形截面薄壁管平均沖擊載荷的經(jīng)驗(yàn)公式為[ 2 ]。 Fm=13.06σ0t2(bt)13 (2) 當(dāng)σ0=12（σ02+σu)，其中σ02屈服強(qiáng)，σ u是極限強(qiáng)度，t是壁厚,b是正方形截面的寬度時(shí)，對(duì)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(jì)算由方程（3）計(jì)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(jì)算結(jié)Fm = 76.88KN,與有限元模型的結(jié)果Fm=77KN進(jìn)行比較,結(jié)果表明，理論計(jì)算結(jié)果與有限元模型結(jié)果的平均差異為1.56%,結(jié)果相關(guān)性良好。為后續(xù)的分析結(jié)果提供了依據(jù)。 優(yōu)化設(shè)計(jì) 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(jié)構(gòu)是必要的。首先關(guān)注的是找到一個(gè)最佳的橫截面形狀的管。五種類型的薄壁管進(jìn)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(zhǎng)1.65mm，厚 120mm，用的是同一圓周280mm，7075鋁合金材料。根據(jù)相同的有限元建模方法和邊界條件，對(duì)五鋁合金管進(jìn)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(duì)比仿真結(jié)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(jié)論為：最好的橫截面是形狀方形截面（a），峰值沖擊負(fù)荷對(duì)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(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖5 圖6 由于薄壁管受到?jīng)_擊，管子發(fā)生內(nèi)外反復(fù)收縮變形，如圖4所示。根據(jù)變形趨勢(shì)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(jié)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(méi)有槽和槽的管的比較。 結(jié)果表明，當(dāng)采用槽時(shí)，方形截面薄壁管的能量吸收特性明顯。 當(dāng)沖擊載荷的峰值為70 kN時(shí)，與無(wú)槽相比降低約70.5％。 因此，我們得出結(jié)論，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)臋M截面和采用適當(dāng)?shù)陌疾?，可成功?duì)薄壁鋁合金材料的形狀進(jìn)行優(yōu)化。 致 謝 這項(xiàng)工作得到了黑龍江省教委科技項(xiàng)目（12511391）的財(cái)政支持。 參考文獻(xiàn) [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(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 外文翻譯成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：1. 指導(dǎo)教師對(duì)譯文進(jìn)行評(píng)閱時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①翻譯的外文文獻(xiàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主題是否高度相關(guān)，并作為外文參考文獻(xiàn)列入畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的參考文獻(xiàn)；②翻譯的外文文獻(xiàn)字?jǐn)?shù)是否達(dá)到規(guī)定數(shù)量（3 000字以上）；③譯文語(yǔ)言是否準(zhǔn)確、通順、具有參考價(jià)值。 2. 外文原文應(yīng)以附件的方式置于譯文之后。 第 8 頁(yè)