夹心泡沫铝结构在桥梁结构防撞中的应用

将夹心泡沫铝柔性吸能结构应用于桥梁结构,以期减少车辆对桥梁的撞击影响。用LS-DYNA有限元软件构建分析汽车撞击桥梁的整个过程,并从撞击力和碰撞点位移等方面分析了这种柔性吸能结构的防撞效果。结果表明,夹心泡沫铝柔性吸能结构有着良好的防撞效果,一定程度提高了桥梁的抗撞能力,减小了桥梁的损伤程度。     

防撞垫用吸能桶结构研究

吸能桶是防撞垫研发的技术核心,其结构形式与设置方式直接影响防撞垫的防护性能。本文通过对吸能桶结构研究,确定了一种合理、可靠的防撞垫吸能桶型式和设置技术。结果表明:对于吸能桶来说,不同形式的加强肋板对其结构刚度影响较大。通过对不同加强肋结构吸能桶研究,得出带加劲环肋的镂空八边形吸能桶结构吸能效果较好;为实现逐级吸能、平稳吸能及持续吸能,防撞垫的吸能桶吸能效果应前弱后强,碰撞时可依次压缩。     

新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题，以乘用车前防撞梁与吸能盒为例，将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计，并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准，获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验，完成有限元模型的精度验证，进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值，用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例，分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性，从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力，总成变形模式愈加合理；改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%，高于高强钢方案的64.09%；改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示：输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明：采用点阵夹层结构与负泊松比结构后，新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案，2类结构适合于车辆承载与吸能结构，复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。     

高速公路新型泡沫铝防撞护栏性能研究

利用泡沫铝材料良好的吸能特性,通过特殊设计将泡沫铝材料应用于道路护栏防阻块中,配合高延展性的合金钢三波护栏板,组成新型泡沫铝防阻块防撞护栏,对新型泡沫铝防阻块防撞护栏进行实车足尺碰撞试验,分析不同车型碰撞试验效果,并与传统护栏进行比较。结果显示:在防撞缓冲方面,新型泡沫铝防阻块防撞护栏优于传统牛角弯头护栏,具有良好的应用前景。并在京台高速公路德齐段改扩建工程中得以应用。     

提高汽车耐撞性的能量吸收结构撞击吸能特性研究

安全法规对车辆的耐撞性能提出了要求，性能优越的能量吸收结构可以有效地改善汽车的耐撞性能。文中研究了多种金属材料的薄壁圆柱管沿轴向压缩的历程，总结了轴对称叠缩型、过渡型、非轴对称叠缩型和翻裂型４种典型的破坏模式，它们与能量吸收机理和冲击历程紧密相关。比较了不同类型吸能结构的缓冲和吸能性能，并对这类能量吸收结构的设计提出了建议。     

基于碰撞安全性的铝合金吸能盒轻量优化

本文中以一种匹配碳纤维复合材料保险杠防撞梁的吸能盒为研究对象,通过试验设计优化,获得吸能盒最佳锥角和溃缩孔的直径及其排列;然后采用拉丁超立方抽样和基于Kriging代理模型加点策略的多目标粒子群优化算法对吸能盒厚度进行多目标优化。优化后不仅吸能盒吸能量大幅提升,且吸能盒质量明显下降。刚性壁100%重叠率正面碰撞和25%重叠度偏置柱撞试验的结果表明,吸能盒具有良好的吸能特性,碰撞变形模式合理。最后,对保险杠防撞梁和吸能盒样件进行了低速碰撞台车试验,验证了吸能盒碰撞位移量的仿真结果,误差较小。     

吸能防护材料力学性能分析

以泡沫混凝土与EPS混凝土作为吸能防护材料的主体,分析了强度、纤维、容重等因素对泡沫混凝土与EPS混凝土静态吸能效率的影响。研究结果表明:泡沫混凝土的强度随其表观密度增大而增大;表观密度相同时,纤维的掺入提高了混凝土的韧性、抗变形抗裂能力,吸能效率增大;EPS混凝土抗压强度小于4 MPa时,随着抗压强度的增加,混凝土的吸能效率先升高再降低,约2.8 MPa时,出现较高的应力应变平台,达到最佳吸能效果。该研究结果可为吸能防护材料制备提供设计依据。     

碳纳米聚氨酯泡沫结构及其改善B柱吸能特性研究

鉴于碳纳米管高强度和高刚度的特点,制备了一种碳纳米聚氨酯泡沫复合材料,采用试验与仿真相结合的方法探讨碳纳米聚氨酯泡沫及其填充薄壁管复合结构的压溃机理、吸能特性和应用效果。通过准静态压缩试验获得不同碳纳米含量泡沫材料的载荷-位移曲线,并对比其承载和吸能能力,确定添加碳纳米管的最佳质量比;对薄壁管和泡沫填充薄壁管的吸能特性进行试验和仿真,验证泡沫填充结构有限元模型的有效性;最后将碳纳米聚氨酯泡沫填充于某轿车B柱来验证吸能效果。结果表明,填充该材料后的B柱最大侵入量和侵入速度均有明显降低,在满足轻量化的前提下,具有良好的吸能特性。     

考虑损伤下的汽车吸能盒轴向压缩特性研究

用有限元软件ABAQUS对钢质、铝合金质吸能盒的吸能特性进行对比研究，采用不同的损伤模型模拟材料的变形行为，比较了两种吸能盒轴向压缩距离、变形模式、评价指标的变化特性。结果表明，数值模拟下吸能盒的轴向压缩距离和变形模式与试验结果吻合。在冲击速度为10 m/s的低速碰撞下，铝合金质吸能盒吸收的能量与钢质吸能盒相比减少了6%；钢质吸能盒的吸能效率为35.5 kJ/mm，比铝合金质吸能盒高。铝合金质吸能盒相较于钢质吸能盒在压缩过程中形成了明显的折叠褶皱，边缘处材料失效，单元被移除。吸能盒的评价指标中铝合金质吸能盒的比吸能 （SEA）、峰值碰撞力 （PCF） 均比钢质吸能盒更优，钢质吸能盒的吸能量 （EA）、平均碰撞力 （MCF） 比铝合金质吸能盒更优。铝合金相比钢更适合作为中低速碰撞时车用吸能盒的材料。     

CFRP多胞结构吸能机制及多工况耐撞性设计

将轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)应用到多胞结构设计中,有望进一步提升CFRP薄壁结构的耐撞性能及吸能效率。为了研究CFRP多胞结构在多角度加载工况作用下的能量吸收机制及耐撞性能,采用机织平纹CFRP预浸料制备CFRP单胞管以及2个不同规格的CFRP多胞管,并通过调整壁厚使所有结构的质量保持相等;随后,对上述3个试样开展准静态轴向压溃试验,通过试验揭示CFRP多胞管的耐撞性能。此外,建立CFRP多胞管的有限元模型,采用数值仿真的方法揭示多胞管的能量吸收机制,并基于试验验证的有限元模型进一步分析9种不同规格的CFRP多胞结构在多种加载角度下的压溃性能。最后,采用多指标评价方法(COPRAS)对不同构型的多胞管在多种压溃角度下的耐撞性能进行综合评价。试验结果表明:单胞管发生了不稳定的局部屈曲,多胞管发生了稳定的渐进失效,并且在等质量的条件下,多胞管的总吸能比单胞管的总吸能高约68%。仿真结果表明:层内损伤是CFRP多胞管以及单胞管的主要吸能机制,其能量耗散值约占总能量的50%;且随着加载角度的增加,各结构的总吸能逐渐下降,但各吸能机制所耗散能量的占比变化不大,增加胞数以及内壁胞壁的厚度均能小幅度提升多胞管的能量吸收特性。综合耐撞性评价结果表明:试样MT3-4[胞数为9,内部胞壁厚度b为1.178 0 mm(5层),外部胞壁厚度c为0.235 6 mm(1层)]在多种压溃角度下具有更好的综合耐撞性能。     

碳纳米聚氨酯泡沫结构及其改善B柱吸能特性研究EI北大核心CSCD

鉴于碳纳米管高强度和高刚度的特点,制备了一种碳纳米聚氨酯泡沫复合材料,采用试验与仿真相结合的方法探讨碳纳米聚氨酯泡沫及其填充薄壁管复合结构的压溃机理、吸能特性和应用效果。通过准静态压缩试验获得不同碳纳米含量泡沫材料的载荷-位移曲线,并对比其承载和吸能能力,确定添加碳纳米管的最佳质量比;对薄壁管和泡沫填充薄壁管的吸能特性进行试验和仿真,验证泡沫填充结构有限元模型的有效性;最后将碳纳米聚氨酯泡沫填充于某轿车B柱来验证吸能效果。结果表明,填充该材料后的B柱最大侵入量和侵入速度均有明显降低,在满足轻量化的前提下,具有良好的吸能特性。     

汽车用铝合金吸能盒结构优化设计

提出将近似模型技术和数值优化方法引入到汽车用吸能盒的耐撞性优化设计中,成功设计了一款铝合金吸能盒,在确保碰撞性能的同时尽可能地减轻了重量。对某乘用车钢制吸能盒进行了碰撞仿真分析,确定评价吸能盒碰撞性能的关键参数。以钢制吸能盒为基础进行铝合金材料替换,对比分析多个截面形状的铝合金管件,得到符合要求的铝合金吸能盒截面形状。采用近似模型优化方法,以铝合金吸能盒边长、厚度和材料屈服强度为设计变量,进行优化设计。根据优化结果试制铝合金吸能盒,通过静压试验验证了铝合金吸能盒在实现减重58%的同时,进一步提高了强度性能。     

泡沫与塑料静态压溃分析及在行人小腿碰撞中验证

研究了行人保护小腿碰撞时,车辆前端材料的吸能性能。先对3种不同密度的泡沫和1种塑料,进行静态压溃性能试验。在此基础上,选择吸能较好的30 g/dm3的泡沫和这种塑料,在某款运动型多功能车(SUV)车上,测量了行人保护小腿碰撞试验中样件的吸能性能。结果表明:静态压溃试验中,该种塑料的整体性能优于泡沫,塑料试验的峰值载荷、平均载荷、总吸能为泡沫试验的4倍以上,塑料试验的质量比吸能也高于泡沫的。因此,在相同吸能空间条件下,采用塑料作为车辆前端吸能材料,能够降低行人小腿胫骨加速度及膝部弯曲角,因而,有利于改善行人小腿碰撞安全性。     

钢板-橡胶吸能圈的设计方法

钢材和橡胶是两种常见的工程材料,两者组合起来具有较好的吸能和回弹性能。为了综合两种材料的优异性能用于工程设计,提出了一种由外钢板、橡胶圈和内钢板组成的钢板-橡胶吸能圈(简称钢板-橡胶圈)以用于防撞设计,并由此开展了基于钢板-橡胶圈的设计方法研究:使用有限元软件建立了外径为1 m的25个具有不同结构参数(钢板厚度、环壁厚)的钢板-橡胶圈有限元模型,其中钢板厚度选取的尺寸为0,5,10,15,20,25 mm,环壁厚选取的尺寸是0. 05,0. 1,0. 15,0. 2,0. 25 m。定义无量纲比值:钢板厚、环壁厚、圈的径向相对变形比。通过数值仿真和统计分析,建立了圈的性能参数(吸能量)与这3个无量纲比值的经验公式,并进行了相应的误差分析,确定了经验公式具有一定的可信度。同时,基于工程设计优化需要,定义了基于回弹率的优化筛选原则,用于筛选掉满足耗能要求但不满足回弹率要求的钢板-橡胶圈。参照结构试验的相似理论,将1 m外径的钢板-橡胶圈的经验公式推广到更多不同外径钢板-橡胶圈中。最后,提出了一种较为实用的用于桥梁防撞结构的钢板-橡胶圈的设计流程,并依照设计流程给出了相关的设计算例。     

薄壁结构在汽车吸能盒中的应用与展望

汽车安全性能是消费者购车时的关键考量因素。其中汽车的耐撞性能尤为关键,其核心部件吸能盒可以通过变形和压溃等机制吸收冲击能量,从而更大限度地保护乘客安全。为优化薄壁结构吸能盒性能,提高车辆耐撞防护性,分析了薄壁结构吸能盒的性能评价指标及其结构类型,揭示其变形吸能特征,最后提出对未来薄壁吸能盒发展的策略和建议,旨在为汽车安全领域的研究和实践提供思路。     

预溃拉伸吸能结构的构建、分析与优化

本文中基于对拉伸吸能方案优越性的分析,创新性地提出了一种能有效提升碰撞吸能性能的预溃拉伸吸能结构。首先通过吸能盒的压缩试验和标准拉伸样件的拉伸试验,表明了拉伸吸能具有更高比吸能的优点。随后构建了一种利用吸能杆拉伸吸能的预溃拉伸结构,通过有限元碰撞仿真分析其碰撞形变和吸能特性,并对其板厚参数进行优化。结果表明:新型结构充分发挥了材料拉伸吸能原理的优势,其比吸能比传统结构高40%,碰撞安全性能明显提升。     

吸能梁式公路可导向防撞垫开发研究

针对目前市场上公路防撞垫价格较高的现状,依据薄壁管梁的吸能原理,设计了一种缓冲吸能梁,通过计算机仿真分析研究,确定了单个吸能梁的吸能能力.吸能梁与支撑架组装成防撞垫,该防撞垫具有可导向功能,并且可根据需要调整吸能梁的组数以满足不同的车辆碰撞速度要求,最大程度地保障车内乘员安全,该防撞垫与国内外其他同类产品相比,其性价比优势明显.     

内高压碰撞吸能盒的耐撞性能开发

以某A级车前碰撞吸能盒为研究对象,通过仿真优化、总成试验、台车试验、整车试验的耐撞性能开发流程,实现内高压吸能盒的耐撞性能开发和验证。在保证结构更改对耐撞性能、约束系统性能影响尽可能小的前提下,进行了吸能盒等安全部件的性能开发。结果表明,与原有冲焊结构相比,内高压结构的变形一致性更高,质量降低3%,成本降低4.2%,RCAR工况下总成吸能增加26.7%,具有较好的综合性能优势。     

面向行人下肢保护的蜂窝铝吸能结构优化

建立了行人小腿与某乘用车前端结构的碰撞有限元模型,而仿真分析发现行人腿部损伤指标在保险杠正中心Y_0处的胫骨加速度峰值和靠近吸能盒Y_(390)处的胫骨加速度峰值与膝部弯曲角峰值均超过了安全阈值。为改善汽车行人下肢保护性能,根据该车前端吸能空间设计了6种不同蜂窝胞元边长、5种不同蜂窝胞元厚度的蜂窝铝吸能结构,通过分析30组蜂窝铝吸能结构在Y_0处所对应的行人腿部综合伤害指标和比吸能的变化趋势,确定了对行人腿部保护性能较好的蜂窝铝胞元边长为14 mm。然后以吸能盒位置Y_(390)处行人腿部综合伤害指标最小为优化目标,运用软件Hyperstudy和LS-DYNA集成优化的方法以蜂窝铝吸能结构前盖板与蜂窝芯的厚度为变量进行优化。优化后靠近吸能盒Y_(390)处和保险杠正中心Y_0处的行人腿部3项伤害指标均大幅降低,且满足法规安全阈值要求,优化后的蜂窝铝吸能结构有效地改善了该车的行人下肢保护性能。     

泡沫铝复合结构改善汽车侧撞安全的仿真研究

泡沫铝结构的轻量化与高比吸能的特点,使其成为潜力巨大的汽车吸能材料。本文中探索泡沫铝复合结构在汽车侧面碰撞过程中吸收碰撞能与降低加速度的机理与贡献。首先建立泡沫铝结构的CAE模型,并通过试验获取材料参数,为仿真提供基础数据,接着进行多目标优化,最后以某汽车门槛横梁加装泡沫铝结构来验证其吸能效果。结果表明,优化后的设计方案明显降低了加速度,减小了侵入量,满足了车身轻量化与高吸能的设计要求。