一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构及其优化方法技术

本发明专利技术公开了一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构及其优化方法，汽车缓冲吸能结构由变厚度梯度的负泊松比结构构成，该负泊松比结构是由三维的内凹六边形单胞通过阵列而成，在汽车的纵向方向上，分布着三层单胞，每层之间的厚度梯度不同，该变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构位于保险杠外蒙皮和保险杠横梁之间，并通过安装卡孔安装于汽车保险杠横梁上，主要是在汽车发生碰撞时，起到吸能缓冲的作用。本发明专利技术还公开了一种变厚度梯度负泊松比结构的汽车缓冲吸能结构设计方法，通过多学科多目标协同优化方法能够根据设计目标和要求对负泊松比结构的变厚度梯度的分布特性进行设计，对车外行人的腿部保护和车身的耐撞性有着积极的作用。

Buffer energy absorbing structure with variable thickness gradient negative Poisson ratio and its optimization method

The invention discloses a variable thickness gradient negative Poisson's ratio of automobile energy absorbing structure and its optimization method, structure by negative Poisson variable thickness gradient than the structure of auto suction buffer, the negative Poisson's ratio structure is composed of three-dimensional concave hexagonal cell through the array formed in the longitudinal direction of the car, distribution a three layer of single cell, thickness gradient between each layer is different, the variable thickness gradient negative Poisson's ratio of automobile energy absorbing structure is arranged between the bumper and the outer skin of the bumper beam, and by installing the card hole installed on the car bumper, mainly in the car collision, the energy absorbing effect. The invention also discloses a variable thickness gradient negative Poisson's ratio structure of automobile energy absorbing structure design method, through multidisciplinary multi-objective collaborative optimization method according to the design objectives and requirements of negative Poisson's ratio distribution characteristics of variable thickness gradient structure is adopted in the design of the vehicle and pedestrian leg protection and vehicle crashworthiness have a positive effect.

【技术实现步骤摘要】
一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构及其优化方法
本专利技术涉及汽车被动安全领域，尤其涉及一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构及其优化方法。
技术介绍
现代汽车正在朝着信息化、智能化、精细化的方向发展，一些汽车的细节设计越来越显得重要。为了降低汽车在发生正面碰撞时车身所受的冲击伤害，汽车的缓冲吸能结构被运用在汽车保险杠系统中。随着对行人安全的要求越来越重视，缓冲吸能结构又被赋予了降低行人伤害的重任，所以原先用泡沫制成的缓冲吸能结构已经很难满足对行人的保护要求。为了使缓冲吸能结构能够同时满足对车身结构的保护和对行人的保护，必须对缓冲吸能结构的材料和结构进行重新的设计，但是收到制造成本的制约，现如今汽车厂家只是通过简单的结构设计对缓冲吸能结构进行优化设计，效果往往不够理想。所以，如何在不改变缓冲吸能结构材料，并保证耐撞性和轻量化的基础上，寻找出一种能够最大限度的达到缓冲吸能的效果的新型结构显得意义重大。
技术实现思路
本专利技术针对现有汽车缓冲吸能结构设计过程中不足，提出了一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构及其优化方法。本专利技术中的汽车缓冲吸能结构可以在不改变吸能结构基体材料的基础本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构，其特征在于，所述汽车缓冲吸能结构由外至内包含第一至第三层负泊松比结构，每层负泊松比结构均由三维的内凹六边形单胞阵列而成；所述汽车缓冲吸能结构设置在汽车保险杠外蒙皮和保险杠横梁之间，通过安装卡孔固定于汽车保险杠横梁上；所述第一至第三层负泊松比结构单胞的厚度呈变梯度的规律分布，第二层负泊松比结构和第一层负泊松比结构中单胞的厚度之比为预设的第一梯度t，第三层负泊松比结构和第二层负泊松比结构中单胞的厚度之比为预设的第二梯度tt。

【技术特征摘要】
1.一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构，其特征在于，所述汽车缓冲吸能结构由外至内包含第一至第三层负泊松比结构，每层负泊松比结构均由三维的内凹六边形单胞阵列而成；所述汽车缓冲吸能结构设置在汽车保险杠外蒙皮和保险杠横梁之间，通过安装卡孔固定于汽车保险杠横梁上；所述第一至第三层负泊松比结构单胞的厚度呈变梯度的规律分布，第二层负泊松比结构和第一层负泊松比结构中单胞的厚度之比为预设的第一梯度t，第三层负泊松比结构和第二层负泊松比结构中单胞的厚度之比为预设的第二梯度tt。2.根据权利要求1所述的变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构，其特征在于，所述汽车缓冲吸能结构呈圆弧体，其内侧轮廓为圆心角为7.5度、纵向半径为2218mm、竖直高度为92mm的圆弧面；外侧轮廓为圆心角为8度、半径为2300mm、竖直高度为92mm的圆弧面。3.根据权利要求1所述的一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构，其特征在于，所述第一层负泊松比结构中三维内凹六边形单胞的底边长a为14mm、底边和斜边的夹角θ为65deg、高度h为10mm、第一梯度t为1.2、第二梯度tt为1.5。4.基于权利要求1所述的变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构的优化方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1)，在ISIGHT中，搭建多学科多目标协同优化框架：所述多学科多目标协同优化框架包含主学科、第一子学科和第二子学科，其中，所述主学科为轻量化学科，第一子学科为行人安全学科，第二子学科为力学学科；所述主学科、第一子学科和第二子学科的设计变量均为负泊松比结构单胞的底边长a、底边和斜边的夹角θ、高度h、第一梯度t、第二梯度tt；步骤2)，以小腿胫骨加速度、膝关节弯曲角、膝关节剪切位移为设计优化目标，结合正交实验设计方法和二阶响应面代理模型方法，利用多岛遗传算法对设计优化目标进行优化，得到最优解，然后借助于蒙托卡罗技术，对行人安全学科进行稳健性优化设计，得到最优的行人安全学科的设计变量参数解；步骤3)，以汽车缓冲吸能结构吸收能量、压缩位移为优化设计目标，结合最优拉丁超立方实验设计方法、kriging代理模型方法、二阶可靠性分析方法、粒子群遗传算法对力学学科进行稳健性优化设计，得到最优的力学学科的设计变量参数解；步骤4)，以汽车缓冲吸能结构的质量为设计总目标，利用NSGA-II算法对汽车缓冲吸能结构进行优化，得到最终的设计变量。5.根据权利要求4所述的一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构的设计方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下详细步骤：步骤2.1)，选取第一层负泊松比结构的单胞元的底边长a、底边和斜边的夹角θ、高度h、以及第一梯度t、第二梯度tt作为设计变量；步骤2.2)，根据正交实验方法，对步骤2.1)所述的每个设计变量选取4个设计水平，并编制出L32正交实验表；步骤2.3)，根据正交实验表中的32组设计变量参数，在CATIA中建立32组几何模型，根据法规GTR9中行人小腿撞击汽车的规定，在LSDYNA软件中建立32组小腿碰撞汽车有限元模型，并经求解得到32组的小腿胫骨加速度、膝关节弯曲角和膝关节剪切位移；步骤2.4)，以负泊松比结构的单胞元的底边长a、底边和斜边的夹角θ、高度h、第一梯度t、第二梯度tt为输入，以小腿加速度、膝关节弯曲角、膝关节剪切位移为输出，建立三个二阶多项式响应面代理模型；步骤2.5)，借助于均方根误差RMSE对构造的响应面模型精度进行判断，如果RMSE小于等于0.1，精度到达要求，继续执行步骤2.6),反之，跳转执行步骤2.1)；所述均方根误差RMSE的计算公式为：式中，ε2i是第i个估计点的误差；n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春燕，王崴崴，赵万忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32