一种复合材料负泊松比结构吸能盒及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113642211A(43)申请公布日2021.11.12(21)申请号202110861321.0(22)申请日2021.07.29(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人梁帅周冠闫鹏飞李祥王鑫郝岩(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06N3/12(2006.01)G06F111/06(2020.01)G06F113/26(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种复合材料负泊松比结构吸能盒及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种复合材料负泊松比结构吸能盒及其设计方法，将金属负泊松比结构与非金属基体材料进行复合，填充在吸能盒盒体内；通过建立复合材料负泊松比结构吸能盒的自适应参数化模型，改变基体材料孔隙率及负泊松比结构厚度进行整个吸能盒及其内芯的有限元分析，利用最优拉丁超立方抽样技术进行设计变量的取样，利用双响应法建立设计变量与优化目标之间的近似模型，应用第二代非支配遗传排序遗传算法进行多目标优化设计得到高稳健性吸能盒，提高了吸能盒的比吸能和降低了其峰值碰撞冲击力，大大提升了汽车正面碰撞被动安全性能。CN113642211ACN113642211A权利要求书1/2页1.一种复合材料负泊松比结构吸能盒，其特征在于：包括前安装板(1)、负泊松比结构填充内芯(2)、吸能盒盒体(3)和后安装板(4)，所述吸能盒盒体(3)的两端分别连接所述前安装板(1)和后安装板(4)并整体设于车体前后保险杠与车内大梁间隙之间；所述吸能盒盒体(3)内部填充负泊松比结构填充内芯(2)。2.根据权利要求1所述的复合材料负泊松比结构吸能盒，其特征在于：所述负泊松比结构填充内芯(2)由铝合金负泊松比结构作为支撑结构、聚氨酯作为基体材料复合形成，所述基体材料完全包裹住所述支撑结构，并贴合所述吸能盒盒体(3)内壁设置。3.根据权利要求2所述的复合材料负泊松比结构吸能盒，其特征在于：所述负泊松比结构采用双箭头型元胞堆叠而成，所述双箭头型元胞包括长胞壁横梁、两个长胞壁、短胞壁横梁和两个短胞壁，该长胞壁横梁连接两个长胞壁构成一个梯形结构，该短胞壁横梁连接两个短胞壁构成另一个梯形结构，两个梯形结构通过连接座相接构成该双箭头型元胞，其中长胞壁横梁与短胞壁横梁平行，所述双箭头型元胞关于中轴线对称。4.根据权利要求3所述的复合材料负泊松比结构吸能盒，其特征在于：所述堆叠的方式为若干个双箭头型元胞的上下胞壁相连，对其阵列化形成的单元结构，再沿吸能盒盒体(3)轴向阵列化形成整个负泊松比结构。5.根据权利要求4所述的复合材料负泊松比结构吸能盒，其特征在于：所述吸能盒盒体(3)由铝合金板冲压而成；所述前安装板(1)和后安装板(4)由铝合金叠加而成。6.根据权利要求1或4所述的复合材料负泊松比结构吸能盒的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，基于复合材料的思想，把负泊松比结构作为基体材料的支撑结构，并基于吸能盒盒体的尺寸参数设置初始聚氨酯基体材料的密度及双箭头型负泊松比结构的尺寸参数；步骤二，将吸能盒盒体厚度、聚氨酯基体材料的相对密度以及负泊松比结构的厚度作为设计变量，结合步骤一中的参数建立复合材料泊松比吸能盒的有限元模型；步骤三，利用最优拉丁超立方抽样方法进行设计变量的取样，并利用双响应面法建立设计变量与优化目标之间的近似模型；步骤四，对近似模型进行验证，验证合格进入步骤五，否则返回步骤三；步骤五，应用第二代非支配排序遗传算法进行多目标优化设计，利用多目标优化算法以吸能盒比吸能和平均碰撞力为优化目标进行计算。7.根据权利要求5所述的复合材料负泊松比结构吸能盒的设计方法，其特征在于：所述步骤三的具体方法为：步骤3.1，应用最优拉丁超立方抽样方法来对选取的设计变量生成样本点；步骤3.2，用有限元软件根据生成的样本点进行仿真，得到每一个样本点所对应的优化目标值；步骤3.3，利用双响应面法建立设计变量与优化目标之间的近似模型。8.根据权利要求5所述的复合材料负泊松比结构吸能盒的设计方法，其特征在于：所述步骤四的具体方法为：当建立好近似模型后，需要对近似模型进行精度的验证，如果响应面模型的精度不满足要求，则返回到步骤三重新生成新的样本点，并调整近似模型；如果满足精度要求，则进行下一步。9.根据权利要求5所述的复合材料负泊松比结构吸能盒的设计方法，其特征在于：所述2CN113642211A权利要求书2/2页步骤五的具体方法为：S5.1，基于整个吸能盒系统的比吸能和平均碰撞力为优化目标，以吸能盒盒体厚度、聚氨酯基体材料的相对密度以及负泊松比结构的厚度作为设计变量