机械毕业设计外文翻译-汽车保险杠铝成型组件有限元分析及工艺优化
本科生毕业设计 (论文)
外 文 翻 译
原 文 标 题 Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum
Alloy Automobile Energy-absorbing Components
译 文 标 题 汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化
译文标题
汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化
原文标题 Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum Alloy
Automobile Energy-absorbing Components
作 者
Liu Yan jie，Ding
Lin，Qing fen，Wang
Dan
译 名 刘艳杰，丁林
李庆芬，王丹 国 籍 中国
原文出处
应用力学与材料 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
译文：
关键字 有限元分析 铝合金 形状优化 能量吸收组件
第 1 页
摘 要： 在本研究工作中，通过有限元（FE）法对汽车铝合金能量吸收组件的
结构进行了仿真分析和优化设计。使用 LS-DYNA 软件进行数值模拟。汽车能量吸
收组件通常制成薄壁管结构。 在本文中，管是采用铝合金材料。对薄壁管的有限
元模进行分析， 通过比较理论结果和有限元模型结果，得到的结果为二者具有良
好的相关性，这表明数值分析是可靠的。 为提高薄壁管的耐冲击性，将注意力集
中在找到一种最佳横截面形状上。 对所研究的几种类型的横截面比较， 结果表
明，当采用带槽的方形洁面时，管的耐冲击性明显提高。
引言
汽车的安全性一直是汽车研究领域的一个重要问题。在世界范围内，交通事
故都是一个严重的社会问题。在中国，由于汽车高速撞击造成的死伤的案例，一
直是人们关注的焦点。然而,由于低速碰撞通常发生在城市的交通拥堵区[ 1，2 ]。
对于人员没有较重伤害，因此低速度碰撞没能引起人们的注意。正因为如此，研
究低速撞击中涉及的技术问题，就显得尤为必要。薄壁管通常装在汽车前端，是
汽车发生碰撞时能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管将会在人
的身体受到冲击之前，预先吸收撞击所产生的能量，使乘客舱的受损变得最小
化，乘客可以幸存[ 3，4]。薄壁管在车身的位置如图 1所示。
本文采用有限元（FE）方法对汽车吸能部件进行了低速冲击试验研究，并进
行了理论验证。并以此优化薄壁管的形状。
有限元建模
主要性能评价参数：在正面低速碰撞的情况下，管材吸收冲击能量，主要通
过塑性变形降低冲击载荷峰值[ 3 ]。该管的最重要的性能评价参数是通过塑性变
形吸收的总冲击能量 Es，冲击力峰值 Fp,该管的压缩位移δe和平均冲击载荷
Fm。
方程(1)给出的平均冲击力,式中，Es 是总的冲击能量吸收，δe 压缩位移。
Fm=
Es
δe
(1)
Fm 算术平均值,随着 Fm 的增加，管的吸收能量将增加。Fm 越大，能量吸收
越大，乘客的安全更有保障。因此，在不超过许可峰值的前提下，平均冲击载荷
越大，吸收性能越好。
模型的建立：薄壁管，特别是方形截面的薄壁管，一种常见的汽车防碰撞装
置，因为它们相对便宜，通用和高效的吸收能量。导致他们被用于各种各样的冲
击加载应用[ 5 ]。
在本文中，利用LS-DYNA 首先创建了一个方形截面管的轴向低速冲击的有
限元模型，（70mm 宽、长 160mm 、1.65mm 厚），管有限元网格如图 2所
示。
刚性板1000kg，放置在管的顶部，如图 2所示，轴向冲击速度为 4.44 米/小时，管
是用 7075 铝合金制造的模型，屈服强度σy= 455MPa，密度ρ = 2.81 x 10-6kg /
mm3，泊松比v= 033 ，杨氏模量 E = 71Gpa。
第 2 页
图1图2
仿真分 析：模拟
了 方形截 面管在轴
向低速冲 击下的吸
能特性。冲击载荷与位移的曲线如图 3能量曲线所示。位移显示如图 4所示。其
中，冲击载荷峰值是能量吸收的重要参数之一，为 237427kN，高于允许值
180kN。为了提高吸能特性，必须对管进
行
优
化
设
计，特别是降低冲击载荷峰值。
图3 图 4
理论验证：通过比较理论和有限元模型结果，验证了方形截面铝合金管的有
限元模型。由于空间的限制，我们只能采取平均冲击负荷的 Fm 为例。一些研究人
员已经进行了实验研究，以更准确地预测工程应用的临界应力。其中，矩形截面
薄壁管平均冲击载荷的经验公式为[ 2 ]。
Fm=13.06 σ0t2¿
(2)
当
σ0=1
2（σ02+σu¿
，其中σ02 屈服强，σ u 是极限强度，t是壁厚,b是正方形
截面的宽度时，对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，平均冲击载荷计算由方程（3）计算得：
Fm=13.06×0.62×1.652×(70/1.65)1/3≈76.88KN。
平均冲击载荷理论计算结Fm = 76.88KN,与有限元模型的结果 Fm=77KN 进行比
较,结果表明，理论计算结果与有限元模型结果的平均差异为1.56%,结果相关性良
好。为后续的分析结果提供了依据。
第 3 页
摘要：
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本科生毕业设计(论文)外文翻译原文标题FiniteElementAnalysisandShapeOptimizationofAluminumAlloyAutomobileEnergy-absorbingComponents译文标题汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化译文标题汽车铝合金能量吸收组件的有限元分析和形状优化原文标题FiniteElementAnalysisandShapeOptimizationofAluminumAlloyAutomobileEnergy-absorbingComponents作者LiuYanjie，DingLin，Qingfen，WangDan译名刘艳杰，...
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作者：闻远设计
分类：课程设计课件资料
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