《異質金屬車身接頭碰撞失效機理及最佳化研究》是依託大連理工大學,由楊姝擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：異質金屬車身接頭碰撞失效機理及最佳化研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊姝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
異質金屬材料混合車身已成為實現汽車輕量化的重要途徑。與傳統全鋼車身完全採用焊接不同，異質金屬車身大量採用SPR鉚接、粘接和SPR鉚粘複合等新型連線方式。材料和連線方式的改變直接影響車身動態回響和碰撞失效模式，對車身耐撞性設計提出了新的挑戰。由於缺少合理的異質材料接頭碰撞等效單元，現有的異質金屬車身碰撞仿真有限元模型無法正確預測車身回響，極大地制約了車身的碰撞安全設計。本項目首先基於實驗數據，建立SPR鉚接、粘接和SPR鉚粘連線的異質金屬接頭碰撞等效單元模型和失效準則；在此基礎上，建立包含接頭碰撞等效單元的異質金屬車身碰撞仿真模型，分析板材厚度、材料強度和接頭布置等參數對車身耐撞性的影響。最後，對包含異質金屬接頭的車身前縱梁和B柱進行基於耐撞性的多目標最佳化設計。本項目研究可為異質金屬車身耐撞性設計提供理論支撐，助力異質金屬輕量化車身的開發與產業化套用。
結題摘要
對拉剪工況和剝離工況下試件的動態拉伸性能進行分析，建立鉚接的異質金屬接頭碰撞等效單元模型。為了提高接頭等效單元仿真的精度，更準確地模擬衝擊載荷下的異質金屬結構失效，提出自沖鉚接頭等效單元韌性失效的建模方法。結合異質金屬前縱梁試驗驗證接頭等效單元的適用性和準確性，研究鉚接點位置對異質金屬前縱梁各面板之間的動力學關係的影響，發現在鉚接點間距變化範圍內，初始峰值力隨著鉚接點間距減小而增大，當鉚接點間距減小至一定範圍時，其對初始峰值力的影響作用不明顯。反應在異質金屬前縱樑上就是較大的鉚接點間距使其前端剛度和強度較低，能夠降低行人和乘員受傷的幾率。變化較大的鉚接點間距和布置位置，同時顯著改變異質金屬結構的變形量、總吸能等耐撞性指標。從鉚接的異質金屬雙帽型薄壁梁的抗彎性能入手研究連線方式對汽車B柱和保險槓在橫向衝擊下的失效模式影響，在此基礎上研究了結構參數對異質金屬結構橫向彎曲耐撞性的影響。基於RBF代理模型，利用NSGA-Ⅱ方法對多種材質組合的結構進行多目標最佳化並得到Pareto前沿，得到了異質金屬梁的最佳參數以及比吸能和初始峰值力的理想值。與均質梁相比，異質金屬梁的Pareto曲線占主導地位且更接近“烏托邦點”，這意味著鋼鋁異質金屬結構在橫向載荷下的耐撞性明顯優於單一材料結構。在此基礎上，研究了鋁泡沫填充對異質金屬結構耐撞性的影響，發現鋁泡沫填充的異質金屬梁能承受更大的橫向衝擊。儘管鋁泡沫填充梁較重，但其整體結構比吸能優勢明顯，顯示出更高的重量效率。無填充異質金屬梁的抗彎性能對載入位置敏感，而鋁泡沫填充異質金屬結構的橫向衝擊下的耐撞性受載入位置影響較小。在此基礎上，研究了橫向衝擊下鋁泡沫填充異質金屬結構耐撞性的四維多目標最佳化問題。
