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作者：

张烁

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摘要：

在当今社会越来越注重轻量化的情况下,仅仅通过增加结构厚度来提高汽车的耐撞性已经变得不可行.如何满足轻量化的汽车设计要求并确保汽车安全是汽车设计师关注的焦点.因此,有必要对汽车耐撞性结构进行结构创新设计及参数优化.另外,结构仿生是以研究生物体结构和特性,并将其作为创新设计基础的设计方法,如果将结构仿生应用到汽车耐撞性结构设计中无疑会为产品快速优化创新设计拓展出可行性窗口.本文主要对以下内容进行研究:(1)对现阶段常用防撞梁进行耐撞性对比分析,针对不同结构对耐撞性能影响因素进行研究,利用三维建模软件SolidWorks建立防撞梁薄壁结构模型,导入ANSYS Workbench环境中建立有限元模型,通过LS-DYNA进行冲击模拟计算分析,利用LS-PREPOST得到防撞梁薄壁结构耐撞性能结果参数.(2)利用相似性理论,对汽车薄壁结构与龟壳进行相似性分析,论证将龟壳作为薄壁结构仿生生物原型的合理性.在此基础上,基于逆向工程技术,获取龟壳点云数据,进行三维实体建模,对龟壳进行有限元建模及柱状碰撞分析,得到龟壳的曲面形状及内部结构特点与力学性能的关系.(3)基于龟壳的曲面特点,提出仿生设计准则,并基于此准则对防撞梁薄壁结构进行外形及加强筋仿生设计.针对仿生设计空间,确定设计变量后,确定综合性能指标即冲击力峰值最小及变形量最小动态平衡指标,建立以质量最轻,综合指标最小为目标的结构优化数学模型,基于响应面方法,利用多目标优化方法进行求解,得到仿生防撞梁的最佳结构尺寸参数.(4)利用选择性激光烧结技术对两种仿生梁进行制备,并针对耐撞性进行模拟实验,得到两种梁的载荷-位移曲线,对其抗变形能力进行对比分析,验证仿真分析的正确性.

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学位级别：

硕士