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泡沫铝吸能特性及其在汽车保险杠中的应用研究

刘春盟  
【摘要】:随着汽车工业的迅速发展,城市道路中的汽车数量越来越多,同时也带来了交通安全问题。为了尽量降低汽车在城市道路中发生低速碰撞后的维修成本,汽车保险杠在碰撞过程中应具有良好的吸能效果。本文应用LS-DYNA研究了新型功能材料泡沫铝的吸能特性,探讨了其在汽车保险杠中的缓冲吸能效果,并对泡沫铝填充管保险杠和普通保险杠的吸能效果进行了比较。 本文确定了汽车保险杠碰撞的评价标准,并根据这一标准对保险杠碰撞吸能特性进行了评价。根据泡沫铝的结构特征,建立了不同密度的泡沫铝有限元模型,运用LS-DYNA进行冲击仿真,得到了不同密度下泡沫铝的能量吸收曲线和冲击力曲线,并与试验数据进行比较,验证了有限元模型和仿真过程的准确性。仿真结果表明泡沫铝是一种较好的吸能材料,其吸能效率能达到70%,且密度为0.56g/cm~3的泡沫铝相对于其它密度的泡沫铝具有更优异的吸能效果和缓和冲击的效果。 文中对泡沫铝填充管和普通空心管在轴向压缩过程中的吸能特性进行了比较分析,结果显示泡沫铝填充管的吸能效果优于普通空心管。探讨了不同参数条件下的泡沫铝填充管的吸能效果,进行了不同壁厚、不同截面形状、不同填充管材料、不同填充长度的泡沫铝填充管的吸能缓冲效果进行了比较分析,得到相对吸能效果较好的泡沫铝填充管参数。 确定了在汽车保险杠中应用的泡沫铝填充管的参数,用LS-DYNA对该参数下的泡沫铝填充管和普通空心圆管进行了吸能特性比较分析。比较了应用矩形泡沫铝填充管和普通圆形空心铝管的汽车保险杠的吸能效果,结果显示相同重量下的泡沫铝填充管保险杠比普通空心管保险杠最大吸能量提升了71%。 本文以泡沫铝的吸能特性为主要研究内容,证明了泡沫铝填充管保险杠在吸能效果和轻量化上都占有很大的优势,为泡沫铝材料在汽车保险杠中的应用提供了依据,为设计具有更好的吸能效果的保险杠提供了参考。


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