碳纤维复合材料防撞梁与铝合金吸能盒低速碰撞轻量化设计优化

作     者：肖金涛 张帅 徐锐良 徐立友 XIAO Jintao;ZHANG Shuai;XU Ruiliang;XU Liyou

作者机构：河南科技大学车辆与交通工程学院河南洛阳471003 

基　　金：国家重点研发计划基金项目(2017YFD070020402) 河南省高等学校重点科研基金项目(20A460013) 河南省青年人才托举工程项目(2020HYTP016) 

出 版 物：《河南科技大学学报（自然科学版）》 (Journal of Henan University of Science And Technology:Natural Science)

年 卷 期：2021年第42卷第3期

页      码：25-32,M0003,M0004页

摘      要：为了提升车身前端轻量化性能,本文设计与优化了一种新型结构的碳纤维复合材料防撞梁与铝合金吸能盒。首先,建立了某乘用车钢制车身前端的有限元模型,并验证了模型的准确性。然后,运用拓扑优化技术对防撞梁及吸能盒进行拓扑设计,优化出其最优形状,确定新型防撞梁及吸能盒的三维模型。结合新型防撞梁及吸能盒模型,通过自由尺寸优化、尺寸优化和铺层顺序优化,对碳纤维复合材料防撞梁铺层进行优化,确定其最佳铺层块、铺层角度及铺层顺序。最后,基于碳纤维复合材料防撞梁及铝合金吸能盒低速正面碰撞有限元模型,设置6个设计变量和5个响应,采用最优拉丁超立方法对各设计变量随机取样,以构建各响应值的Kriging近似模型,运用NSGA-Ⅱ算法对防撞梁及吸能盒进行多目标优化,确定其最佳厚度。优化结果表明:与优化前相比,优化后吸能量为787.993 J,下降0.25%;吸能盒截面碰撞力峰值为20.2085 kN,下降了58.67%;最大侵入量为-64.2847 mm,增加了118.69%;防撞梁及吸能盒总质量为0.9537 kg,降低了45.34%。优化后碳纤维复合材料防撞梁及铝合金吸能盒在满足碰撞性能要求的条件下,比原钢制材料结构质量减少了67.2%,轻量化效果显著。

主 题 词：防撞梁 吸能盒 低速正面碰撞 碳纤维复合材料 优化设计 

学科分类：082304[082304] 08[工学] 080204[080204] 0802[工学-机械学] 0823[工学-农业工程类] 

D　O　I：10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2021.03.005

馆 藏 号：203101673...