仿生层级薄壁方管的耐撞性研究

来源：中国血液净化杂志2020年第1期北京时间：

作者：白中浩, 周存文, 龚超, 张林伟, 谭雯霄, 卜晓兵

单位：1. 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南长沙 410082;2. 福建工程学院福建省汽车 电子与电驱动重点实验室, 福建福州 350118;3. 中国汽车技术研究中心有限公司, 天津 300300"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51621004); Fujian Key Laboratory of Automotive Electronics and Electric Drive Technology (KF-X18001)

摘要：为了进一步改善车辆结构部件的耐撞性能，基于甲虫翅鞘微观锥形小梁结构提出新颖的仿生层级薄壁方管（BHST）结构，包括SBHST-4，SBHST-9，BHST-4和BHST-9。通过非线性有限元软件和试验验证结果建立BHST有限元模型，并对比其与传统多胞薄壁方管结构的轴向吸能特性。考虑到结构壁厚、截面尺寸和空间位置因素对BHST-9结构耐撞性能的影响，采用参数分析方法，研究小方锥管下截面尺寸<i>b</i>分别和空间位置参数<i>λ</i>、结构壁厚<i>t</i>对BHST-9结构轴向吸能特性的影响。此外，结合径向基函数（RBF）神经网络代理模型技术与非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对BHST-9结构进行多目标优化分析，以获取BHST-9结构的最优配置。研究结果表明：BHST-9结构呈现出较优异的轴向吸能效果，其比吸能较传统9胞薄壁方管在等质量的条件下提高了22.87%，初始峰值力降低了10.22%；适当增加结构壁厚和小方锥管下截面尺寸有利于提升BHST-9结构的吸能能力；随着<i>λ</i>的增加，BHST-9结构的比吸能呈现出先增后减的趋势，当<i>λ</i>为0.5时，不同下截面尺寸小方锥管的BHST-9结构整体上具有较高的比吸能和较稳定的折叠变形模式，且初始峰值力变化幅度较小，但BHST-9结构中的仿生小方锥管下截面尺寸和结构壁厚较空间位置参数对比吸能的提升作用更为显著；当BHST-9结构初始峰值力不高于140 kN时，其最优设计参数<i>t，b</i>分别为1.61，24.67 mm。

关键词：汽车工程,仿生层级薄壁方管,参数分析,耐撞性能,多目标优化

基金资助：国家自然科学基金项目（51621004）；福建工程学院科研创新平台开放基金项目（KF-X18001）