外文翻譯--汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化【中英文文獻(xiàn)譯文】
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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)
外 文 翻 譯
原 文 標(biāo) 題
Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum
Alloy Automobile Energy-absorbing Components
譯 文 標(biāo) 題
汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化
作者所在系別
機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)
車輛工程
作者所在班級
B13141
作 者 姓 名
馬關(guān)益
作 者 學(xué) 號
201322416
指導(dǎo)教師姓名
許文娟
指導(dǎo)教師職稱
講師
完 成 時(shí) 間
2017
年
3
月
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
— 41 —
譯文標(biāo)題
汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化
原文標(biāo)題
Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum Alloy Automobile Energy-absorbing Components
作 者
Liu Yan jie,Ding Lin,Qing fen,Wang Dan
譯 名
劉艷杰,丁林
李慶芬,王丹
國 籍
中國
原文出處
應(yīng)用力學(xué)與材料ISSN:1662-7482,Vols。 249-250,pp 954-957 doi:10.4028 / www.scientific.net / AMM.249-250.954?2013 Trans Tech Publications,瑞士
譯文:
關(guān)鍵字 有限元分析 鋁合金 形狀優(yōu)化 能量吸收組件
摘 要: 在本研究工作中,通過有限元(FE)法對汽車鋁合金能量吸收組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用LS-DYNA軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。汽車能量吸收組件通常制成薄壁管結(jié)構(gòu)。 在本文中,管是采用鋁合金材料。對薄壁管的有限元模進(jìn)行分析, 通過比較理論結(jié)果和有限元模型結(jié)果,得到的結(jié)果為二者具有良好的相關(guān)性,這表明數(shù)值分析是可靠的。 為提高薄壁管的耐沖擊性,將注意力集中在找到一種最佳橫截面形狀上。 對所研究的幾種類型的橫截面比較, 結(jié)果表明,當(dāng)采用帶槽的方形潔面時(shí),管的耐沖擊性明顯提高。
引言
汽車的安全性一直是汽車研究領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。在世界范圍內(nèi),交通事故都是一個(gè)嚴(yán)重的社會問題。在中國,由于汽車高速撞擊造成的死傷的案例,一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而,由于低速碰撞通常發(fā)生在城市的交通擁堵區(qū)[ 1,2 ]。對于人員沒有較重傷害,因此低速度碰撞沒能引起人們的注意。正因?yàn)槿绱?,研究低速撞擊中涉及的技術(shù)問題,就顯得尤為必要。薄壁管通常裝在汽車前端,是汽車發(fā)生碰撞時(shí)能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中,薄壁管將會在人的身體受到?jīng)_擊之前,預(yù)先吸收撞擊所產(chǎn)生的能量,使乘客艙的受損變得最小化,乘客可以幸存[ 3,4]。薄壁管在車身的位置如圖1所示。
本文采用有限元(FE)方法對汽車吸能部件進(jìn)行了低速沖擊試驗(yàn)研究,并進(jìn)行了理論驗(yàn)證。并以此優(yōu)化薄壁管的形狀。
有限元建模
主要性能評價(jià)參數(shù):在正面低速碰撞的情況下,管材吸收沖擊能量,主要通過塑性變形降低沖擊載荷峰值[ 3 ]。該管的最重要的性能評價(jià)參數(shù)是通過塑性變形吸收的總沖擊能量Es,沖擊力峰值Fp,該管的壓縮位移δe和平均沖擊載荷Fm。
方程(1)給出的平均沖擊力,式中,Es是總的沖擊能量吸收,δe壓縮位移。
Fm=Esδe (1)
Fm算術(shù)平均值,隨著Fm的增加,管的吸收能量將增加。Fm越大,能量吸收越大,乘客的安全更有保障。因此,在不超過許可峰值的前提下,平均沖擊載荷越大,吸收性能越好。
模型的建立:薄壁管,特別是方形截面的薄壁管,一種常見的汽車防碰撞裝置,因?yàn)樗鼈兿鄬Ρ阋?,通用和高效的吸收能量。?dǎo)致他們被用于各種各樣的沖擊加載應(yīng)用[ 5 ]。
在本文中,利用LS-DYNA首先創(chuàng)建了一個(gè)方形截面管的軸向低速沖擊的有限元模型,(70mm寬、長160mm 、1.65mm厚),管有限元網(wǎng)格如圖2所示。
剛性板1000kg,放置在管的頂部,如圖2所示,軸向沖擊速度為4.44米/小時(shí),管是用7075鋁合金制造的模型,屈服強(qiáng)度σy= 455MPa,密度ρ = 2.81 x 10-6kg /
mm3,泊松比v= 033 ,楊氏模量E = 71Gpa。
圖1 圖2
仿真分析:模擬了方形截面管在軸向低速沖擊下的吸能特性。沖擊載荷與位移的曲線如圖3能量曲線所示。位移顯示如圖4所示。其中,沖擊載荷峰值是能量吸收的重要參數(shù)之一,為237427kN,高于允許值180kN。為了提高吸能特性,必須對管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),特別是降低沖擊載荷峰值。
圖3 圖4
理論驗(yàn)證:通過比較理論和有限元模型結(jié)果,驗(yàn)證了方形截面鋁合金管的有限元模型。由于空間的限制,我們只能采取平均沖擊負(fù)荷的Fm為例。一些研究人員已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,以更準(zhǔn)確地預(yù)測工程應(yīng)用的臨界應(yīng)力。其中,矩形截面薄壁管平均沖擊載荷的經(jīng)驗(yàn)公式為[ 2 ]。
Fm=13.06σ0t2(bt)13 (2)
當(dāng)σ0=12(σ02+σu),其中σ02屈服強(qiáng),σ u是極限強(qiáng)度,t是壁厚,b是正方形截面的寬度時(shí),對于目前工作中使用的材料,有:
σ0=(σ02+σ u)/2=(0.455+0.780)=0.62GPa
因此,平均沖擊載荷計(jì)算由方程(3)計(jì)算得:
Fm=13.06×0.62×1.652×(70/1.65)1/3≈76.88KN。
平均沖擊載荷理論計(jì)算結(jié)Fm = 76.88KN,與有限元模型的結(jié)果Fm=77KN進(jìn)行比較,結(jié)果表明,理論計(jì)算結(jié)果與有限元模型結(jié)果的平均差異為1.56%,結(jié)果相關(guān)性良好。為后續(xù)的分析結(jié)果提供了依據(jù)。
優(yōu)化設(shè)計(jì)
橫截面的形狀優(yōu)化:為了提高碰撞箱的能量吸收特性,優(yōu)化薄壁管的形狀結(jié)構(gòu)是必要的。首先關(guān)注的是找到一個(gè)最佳的橫截面形狀的管。五種類型的薄壁管進(jìn)行了研究和比較。管截面幾何形狀如圖5所示,其中,(一)方形、圓形截面(B),(C)六邊形截面,(D)和(E)八角形截面、矩形截面。所有的管子都長1.65mm,厚 120mm,用的是同一圓周280mm,7075鋁合金材料。根據(jù)相同的有限元建模方法和邊界條件,對五鋁合金管進(jìn)行了數(shù)值模擬。20毫秒后沖擊載荷下的管倒塌顯示如圖6所示。
對比仿真結(jié)果(能量與位移和沖擊載荷與位移)如圖7圖8所示。我們可以得出結(jié)論為:最好的橫截面是形狀方形截面(a),峰值沖擊負(fù)荷對不同截面形狀的管分別為:(a) 237.433kN, (b) 273.66kN, (c) 272.81kN,(d)276.27kN, (e) 238.68kN,都比允許值180KN高很多。其中,形狀(a)所受載荷最低。因此我們采取薄壁方形截面管的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。
圖5 圖6
由于薄壁管受到?jīng)_擊,管子發(fā)生內(nèi)外反復(fù)收縮變形,如圖4所示。根據(jù)變形趨勢集槽,沖擊載荷將減少。
圖7 圖8
本文采用方形截面管上的凹槽,如圖9(a)所示。有限元模擬的結(jié)果(帶凹槽的方形鋁合金模型變形,管和沖擊載荷與位移的)如圖所示9(b)。
圖9 圖10
圖10中給出了沒有槽和槽的管的比較。 結(jié)果表明,當(dāng)采用槽時(shí),方形截面薄壁管的能量吸收特性明顯。 當(dāng)沖擊載荷的峰值為70 kN時(shí),與無槽相比降低約70.5%。
因此,我們得出結(jié)論,通過選擇適當(dāng)?shù)臋M截面和采用適當(dāng)?shù)陌疾?,可成功對薄壁鋁合金材料的形狀進(jìn)行優(yōu)化。
致 謝
這項(xiàng)工作得到了黑龍江省教委科技項(xiàng)目(12511391)的財(cái)政支持。
參考文獻(xiàn)
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European LS-DYNA Users Conference(2001)
指 導(dǎo) 教 師 評 語
外文翻譯成績:
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鋁合金
能量
吸收
組件
有限元分析
以及
形狀
優(yōu)化
中英文
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