毕业开题报告：新型轻质泡沫材料在耐撞吸能性分析

大学学士论文开题报告
专业班级：车辆工程
论文题目: 新型轻质泡沫材料在
耐撞吸能性分析

一、学位论文研究内容
论文题目 新型轻质泡沫材料在耐撞吸能性分析

学位论文摘要

泡沫填充薄壁结构能有效的改善汽车薄壁吸能部件的耐撞性。为了设计更轻与更有效的吸能结构，并满足汽车的安全性设计要求，提出一种新颖的轻质铝泡沫填充双管薄壁结构，并对其耐撞性展开确定性最优化设计. 但是，由于薄壁结构的厚度、屈服应力以及铝泡沫的密度等设计参数易受到仿真以及制造误差等不确定性因素的影响，导致确定性最优解收敛于约束边界，从而丢失了应有的使用可靠性要求。因此，提出基于Kriging近似模型与一阶可靠性分析方法的铝泡沫填充结构的可靠性最优设计方法，并进一步开展了基于设计参数不确定性的铝泡沫填充结构的耐撞性可靠性优化设计研究。优化结果显示，可靠性最优解不仅远离了约束边界，而且较好的满足了铝泡沫填充结构的安全性与可靠性设计要求。
关键词：可靠性优化；铝泡沫；薄壁结构；近似模型；

Abstract: Foam fi
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ity design optimization with parameters uncertainties of aluminum foam filled structures is performed. The optimal results show that the reliability optimal solutions not only are far from the constraint boundaries, but also better meet the safety and reliability of aluminum foam filled structure design demand.
Key words: Reliability optimization；Aluminum foam；Thin-walled structures；Appro*imate model；


二、学位论文研究依据
铝泡沫不仅具有力学性能好、价格低廉等优点，而且相对传统钢结构而言，铝泡沫结构能降低总重量的30%，从而较好的提高汽车的燃油消耗率和降低碳氧化合物的排放。因此，它作为一种可再生循环利用的材料在汽车结构设计中得到了广泛的关注[。
目前，安全性设计已成为现代汽车工业领域的研究热点，因此，汽车主要结构吸能部件（薄壁纵梁与碰撞吸能盒）等的耐撞性设计就显得尤为重要，将轻质泡沫铝填充到薄壁纵梁以及碰撞吸能盒等薄壁结构中，不仅没有增加太多的重量，而且能形成一种更好的吸能结构，当汽车发生高速碰撞时，吸能结构发生较大的塑性变形，从而吸收了约70%的碰撞动能[3]，从而减少了传递到车内乘员的碰撞能量与碰撞力，以此减轻车内乘员的伤害程度。因此，薄壁结构的吸能特性将直接决定了车体的安全性，综上可知，研究泡沫填充薄壁结构的吸能特性具有非常重要的工业应用价值。
近年来，泡沫填充结构的吸能特性已经引起了国内外研究人员的关注，Hanssen，Reyes、Santosa、Wierzbicki等人开展了泡沫铝填充结构准静态和动态实验研究，桂良进、王青春、郭刘伟等[10-13]人研究了泡沫铝填充方形与圆形结构的轴向压缩吸能特性的实验研究。前述研究仍主要集中于准静态的实验与仿真的对比研究，然而，泡沫填充结构的高速冲击动态吸能特性却对汽车的安全性设计具有非常重要的作用。同时，它的吸能特性与薄壁结构的厚度、屈服强度以及泡沫的密度等参数息息相关，而实验研究往往不能得到泡沫填充薄壁结构各个设计参数的最优匹配，从而失去其最优吸能特性，因此，针对泡沫填充结构的确定性最优吸能设计具有重要的现实意义。此外，由于薄壁结构的工作环境较为恶劣，各类设计参数容易受到载荷，边界条件以及加工制造与仿真误差等不确定因素的影响，一旦确定性最优解收敛于约束边界，确定性最优解将可能受到参数不确定性的影响[14]，从而陷入设计约束不可行的区域，导致薄壁填充吸能结构设计不可靠。
国内外开展泡沫填充结构的在高速冲击工况下的确定性与可靠性设计优化的相关文献仍鲜有见到。因此，本文首先开展泡沫填充薄壁结构的确定性优化，以此探测设计参数的最优匹配，同时，充分考虑设计参数不确定性因数的影响，结合kriging近似模型与一阶可靠性分析方法，进一步开展泡沫填充结构的可靠性设计优化研究，优化结果不仅较好的改善了薄壁填充结构的耐撞吸能特性，而且使泡沫填充薄壁结构具有较高的使用可靠性，从而较好的满足工程应用的需求，也为汽车吸能结构的设计提供一种新的思路。
泡沫填充薄壁结构的碰撞过程是几何非线性与材料非线性的动态大塑性变形过程，数值分析过程具有相当的复杂性，优化设计过程设计目标与设计约束等设计响应的获取都需要耗费大量的计算。因此，合理构建各个设计响应的近似数值模型成为优化设计是否可行的关键，然而，传统多项式近似技术对于最大碰撞力（Fma*）这类非线性程度高的设计约束难于获取较好的近似结果，因此，文中结合基于插值方法的kriging近似技术与小种群遗传算法[19]对泡沫填充结构寻优确定性优化设计中近似模型的精度对其优化结果具有关键的作用，并且，由于kriging是采用插值原理构建近似模型，因此，随机测试点需要用于检验其构建的近似模型精度，表1给出了在5个随机测试点的设计约束与目标的有限元分析值与近似模型计算值。

主要参考文献：
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