一种混合截面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CN111428394A(43)申请公布日2020.07.17(21)申请号202010126045.9(22)申请日2020.02.27(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人张君媛郑丹枫陆炳全张天麒李仲玉姜哲宁立男陈家乐赵晓朝(74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人朱世林张晶(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F30/15(2020.01)权利要求书4页说明书10页附图6页(54)发明名称一种混合截面吸能盒及其设计方法(57)摘要本发明属于汽车被动安全性研究领域，涉及一种混合截面吸能盒及其设计方法；混合截面吸能盒沿轴向分为两段，上半段截面具有矩形外轮廓，如果没有肋板，则为单胞形截面，如果含有肋板，则组成多胞形截面；多胞形截面内部肋板与矩形外轮廓中的两条边相平行，平行于矩形外轮廓长方向的肋板数量等于平行于矩形外轮廓宽方向的肋板数量；上半截面任意相平行且相邻的两条线之间的距离相等，含有n个小胞的截面为n胞形截面；下半段截面比上半段在每个胞的内部增加了一个肋板，增加的肋板与胞的两条边相平行，位置处于与胞相平行的两条边的正中间；本发明增加了吸能盒底部抗弯能力，防止薄壁结构出现欧拉弯曲变形模式，提高薄壁结构吸能稳定性。CN111428394ACN111428394A权利要求书1/4页1.一种混合截面吸能盒，其特征在于：所述混合截面吸能盒沿轴向分为两段，上半段截面具有矩形外轮廓，如果没有肋板，则为单胞形截面，如果含有肋板，则组成多胞形截面；多胞形截面内部肋板与矩形外轮廓中的两条边相平行，平行于矩形外轮廓长方向的肋板数量等于平行于矩形外轮廓宽方向的肋板数量；上半截面任意相平行且相邻的两条线之间的距离相等，含有n个小胞的截面为n胞形截面，n是自然数的平方；下半段截面比上半段在每个胞的内部增加了一个肋板，增加的肋板特征在于肋板与胞的两条边相平行，位置处于与胞相平行的两条边的正中间，增加的肋板所在平面法向与吸能盒在汽车碰撞时受到的载荷方向垂直，增加的肋板高度相等，增加肋板后下半段截面含有2n个胞，与上半段含有n个胞的截面组成了混合截面吸能盒。2.一种权利要求1所述的混合截面吸能盒设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将吸能盒沿轴向分为两段，上下两段的截面不同；下半截面相较上半截面增加肋板，从而组成混合截面吸能盒；步骤二：将肋板高度占薄壁结构总高度的比例k作为设计变量，k从0到1，每隔m取一个样本点，获得个具有不同k值的混合截面吸能盒的几何模型；m表示不同几何模型间k的差距；步骤三：使用hypermesh软件对几何模型进行网格划分，单元类型选用四节点壳单元，单元大小为2*2mm2，单元在厚度方向上具有5个积分点；步骤四：使用商业有限元软件Lsdyna中第123号材料卡片模拟金属材料的力学性能；步骤五：将吸能盒底部所有节点的六个自由度进行约束；步骤六：在吸能盒上方创建刚性平面；使用刚性平面与吸能盒的碰撞产生的载荷，来模拟吸能盒在实际车辆碰撞事故中受到的载荷，刚性平面的法线与吸能盒轴向所成角度θ在0到30度范围内；步骤七：赋予上述刚性平面沿法向1m/s的恒定速度，使刚性平面以不同角度对吸能盒进行撞击；使用Automatic-surface-to-surface面面接触模拟刚性平面与吸能盒之间的相互接触，使用Automatic-single-surface单面接触模拟吸能盒在压溃过程中的内部接触；步骤八：提取刚性平面与吸能盒之间的接触力F，对接触力F进行积分，获得吸能盒在压溃过程中的吸能量E，用吸能量E除以吸能盒的质量，获得吸能盒的比吸能SEA；分别计算刚性平面的法线与吸能盒轴向所成角度为不同角度时，吸能盒的比吸能SEA；将吸能盒的比吸能SEA进行求和，再除以角度个数，获得吸能盒的平均比吸能MSEA；步骤九：分别获取个具有不同k值的混合截面吸能盒的MSEA，使用三次多项式拟合出MSEA与k之间的函数关系，算出使得MSEA最大的k，使用k乘以吸能盒的总高度，即为合适的肋板高度；、32MSEA＝A1*k+A2*k+A3*k+A4A1、A2、A3、A4是拟合出来的常数。3.根据权利要求1所述的一种混合截面吸能盒，其特征在于：所述混合截面吸能盒沿轴向分为两段，上半段截面具有矩形外轮廓；肋板与截面外轮廓中的两条边相平行，位置处于与肋板相平行的两条边的正中间，形成日字形截面；上下两段组合在一起，形成矩形日字形2CN111428394A权利要求书2/4页混合截面吸能盒；下段截面较上段截面增加的肋板所在平面法向垂直于吸能盒在碰撞时受到载荷的方向。4.一种如权利要求3所述的一种混合截面吸能盒的设计