单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法技术

本发明专利技术公开了一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法主要由四个步骤组成。即：(1)将单箱多室闭口截面薄壁梁的弯曲变形区分为腹板弯曲变形部分和翼缘弯曲变形部分；(2)计算腹板弯曲变形部分的局部弯曲特性；(3)计算翼缘弯曲变形部分的局部弯曲特性；(4)计算单箱多室闭口截面薄壁梁的整体弯曲特性。本发明专利技术能够很好的满足汽车概念设计早期阶段的车身抗撞性设计需求，辅助设计人员快速提取此类薄壁结构的抗弯特性，实现对设计方案的提前评估和及时修改，缩短设计周期，避免了设计后期因结构修改而导致的资源浪费。

Simplified analysis method of bending characteristics of thin-walled beams with single box and multi chamber closed section

The invention discloses a simplified analysis method of the bending characteristics of a single box and multi chamber closed section thin-walled beam, which is mainly composed of four steps. Namely: (1) the single box multi chamber closed section thin-walled beam bending deformation between web and flange bending part bending part; (2) to calculate the local bending characteristics of part of the bending deformation of the web; (3) calculating flange bending deformation characteristics of local bending parts; (4) calculation of single box multi the whole room closed section thin-walled beam bending characteristics. The invention can well meet the automobile concept design in the early stages of the body crashworthiness requirements design, rapid extraction of bending properties of this thin-walled structure designer, to achieve early assessment of design and modify, shorten the design cycle, to avoid the late design due to the modification of the structure of the waste of resources.

【技术实现步骤摘要】
单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法
本专利技术属于汽车车身设计领域，具体地是涉及一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法。
技术介绍
薄壁梁结构是汽车车身设计的重要组成部件，由于其强度高、吸能效果好，因此在汽车碰撞安全方面具有广泛运用。由于具有更高的抗弯特性，单箱多室闭口截面薄壁梁在近几年逐渐得到重视和应用，掌握其抗弯特性、研究其压溃吸能的理论预测对于对车身结构耐撞性设计具有重要的指导意义，可以在概念设计阶段辅助设计人员快速提取薄壁结构的吸能特性，实现对设计方案的前期快速评估和及时修改，缩短汽车车身的开发周期。弯曲变形是薄壁梁结构承受外界冲击载荷时的一种主要变形方式，主要通过弯曲变形过程中形成的塑性铰线来耗散能量。在汽车车身的抗撞性分析中，主要通过传统的有限元仿真分析及试验相结合的方法来探究薄壁梁结构的抗弯特性，这会耗费大量资源，不利于对设计方案的及时评估和修改。因此，需要一种在概念设计阶段，能够对薄壁梁结构的抗弯特性进行较为准确的预测和分析的方法。Belgrade大学的Kecman在实验的基础上推导出箱型截面薄壁梁的弯曲特性简化计算方法。吉林大学的李亦文等人在Kecman的基础上推导出满足运动学容许条件的箱型截面薄壁梁的弯曲特性简化计算方法。但是他们的研究对象单一、结构简单。因此，目前亟需针对复杂研究提供一种计算简单的分析方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，主要解决汽车车身抗撞性设计过程中，由于无法提前预测和评估车身薄壁结构抗弯特性而导致设计后期修改结构，耗费资源的问题。本专利技术旨在通过分别计算腹板和翼缘结构的弯曲特性来推导由腹板和翼缘组成的单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，更具有一般性。本专利技术的技术方案是提供了一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，其具体包括以下步骤：步骤1、将单箱多室闭口截面薄壁梁的弯曲变形区分为腹板(1)弯曲变形部分和翼缘(2)弯曲变形部分；步骤2、计算腹板(1)弯曲变形部分的局部弯曲特性；步骤2.1、计算腹板(1)弯曲变形部分固定铰线的能量耗散；沿第j个腹板(1)固定铰线耗散的能量Wwsj(θ)可表示为式中，j是腹板(1)个数；i是固定塑性铰线条数；Wwsj(θ)为第j个腹板沿固定铰线耗散的能量，单位为J；lwsi是腹板(1)第i条固定铰线的长度，单位为mm；M0为单位长度塑性极限弯矩，M0＝σ0t2/4，单位为N，其中σ0为流变应力，t是薄壁梁的壁厚；θ为单箱多室闭口截面薄壁梁的塑性转角，单位为rad；θwsi为腹板(1)第i条固定铰线的塑性转角，单位为rad；步骤2.2、计算腹板(1)弯曲变形部分滚动铰线的能量耗散；沿第j个腹板(1)弯曲变形部分滚动铰线耗散的能量Wwrj(θ)可表示为式中，j是腹板(1)个数；k是滚动塑性铰线条数；Wwrj(θ)为第j个腹板(1)沿滚动铰线耗散的能量，单位为J；Δsk是腹板(1)第k条滚动铰线所扫过的面积，单位为mm2；M0为单位长度塑性极限弯矩，单位为N；θ为单箱多室闭口截面薄壁梁的塑性转角，单位为rad；r为塑性铰线的滚动半径，单位为mm；步骤2.3计算腹板(1)弯曲变形部分的总能量耗散，即腹板(1)弯曲变形部分耗散的总能量为：步骤3、计算翼缘(2)弯曲变形部分的局部弯曲特性；步骤3.1、计算翼缘(2)弯曲变形部分固定铰线的能量耗散；沿第n个翼缘(2)固定铰线的耗散的能量Wfsn(θ)可表示为式中，n是翼缘(2)个数；i是固定塑性铰线条数，Wfsn(θ)为第n个翼缘(2)沿固定铰线耗散的能量，单位为J；lfsi是翼缘(2)第i条固定铰线的长度，单位为mm；M0为单位长度塑性极限弯矩，单位为N；θ为单箱多室闭口截面薄壁梁的塑性转角，单位为rad；θfsi为翼缘(2)第i条固定铰线的塑性转角，单位为rad；步骤3.2、计算翼缘(2)弯曲变形部分滚动铰线的能量耗散；沿第n个翼缘(2)滚动铰线的耗散的能量Wfrn(θ)可表示为式中，n是翼缘(2)个数；k是滚动塑性铰线条数；Wfrn(θ)为第n个翼缘(2)沿滚动铰线耗散的能量，单位为J；Δrk是翼缘(2)第k条滚动铰线所扫过的面积，单位为mm2；M0为单位长度塑性极限弯矩，单位为N；θ为单箱多室闭口截面薄壁梁的塑性转角，单位为rad；r为塑性铰线的滚动半径，单位为mm；步骤3.3、计算翼缘(2)弯曲变形部分的总能量耗散，即翼缘(2)弯曲变形部分耗散的总能量为：步骤4、建立整体能量表达式，则单箱多室闭口截面薄壁梁各塑性铰线耗散的总能量为：W(θ)＝Ww(θ)+Wf(θ)在弯曲变形过程中，弯矩M(θ)与塑性转角θ的关系为式中，Δθ为塑性转角θ的微小增量，单位为rad。进一步地，所述腹板(1)为弯曲压溃箱型薄壁梁中以承受剪力为主的结构部分，所述翼缘(2)为弯曲压溃箱型薄壁梁中以承受弯矩为主的结构部分与现有技术相比本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所述的单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法是通过计算腹板和翼缘弯曲变形部分的局部弯曲特性来计算单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性，适用多种由腹板和翼缘组成的箱型薄壁梁结构，更具有一般性。(2)利用本专利技术所述的单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法能够很好的满足汽车概念设计阶段的车身抗撞性需求，辅助设计人员快速提取此类薄壁结构的抗弯特性，实现了对设计方案的提前评估和及时修改，缩短设计周期，避免了设计后期因结构修改而导致的资源浪费。附图说明图1是本专利技术单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法流程图；图2是单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲压溃初始模型(省去箱内部分腹板)；图3是单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲变形的褶皱模型(省去箱内部分腹板)；图4是单箱多室闭口截面薄壁梁局部弯曲变形的褶皱模型；图5是腹板GKL平面剖视图；图6是腹板BAD平面剖视图；图7是单箱双室闭口截面薄壁梁的能量和塑性转角的关系曲线对比；图8是单箱三室闭口截面薄壁梁的能量和塑性转角的关系曲线对比；图9是单箱四室闭口截面薄壁梁的能量和塑性转角的关系曲线对比。其中：1-腹板，2-翼缘。具体实施方案以下将结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的说明。如图1所示，本专利技术提供了一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，其具体包括以下步骤：步骤1、将单箱多室闭口截面薄壁梁的弯曲变形区分为腹板1弯曲变形部分和翼缘2弯曲变形部分；其中，所述腹板1为弯曲压溃箱型薄壁梁中以承受剪力为主的结构部分，所述翼缘2为弯曲压溃箱型薄壁梁中以承受弯矩为主的结构部分。图2是单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲压溃初始模型，在该实施例中，所述的单箱多室闭口截面薄壁梁长度为l，宽度为a，高度为b，薄壁梁厚度为t。并以点K为坐标原点，沿铰线KL和KG方向分别为x轴、y轴建立空间直角坐标系，其中AB、EL与y轴平行，GE、KL与x轴平行，点D是铰线KL的中点，点B是线段GE的中点。步骤2、计算腹板(1)弯曲变形部分的局部弯曲特性；图3是单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲变形的褶皱模型，在弯曲过程中，令塑性转角为θ，ρ＝θ/2，变形区域的未拉伸长度为2h，根据最小吸能原理可知，当a<b时，h等于a，当a>b时，h等于b。设弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，其具体包括以下步骤以下步骤以下步骤：步骤1、将单箱多室闭口截面薄壁梁的弯曲变形区分为腹板(1)弯曲变形部分和翼缘(2)弯曲变形部分；步骤2、计算腹板(1)弯曲变形部分的局部弯曲特性；步骤2.1、计算腹板(1)弯曲变形部分固定铰线的能量耗散；沿第j个腹板(1)固定铰线耗散的能量Wwsj(θ)可表示为

【技术特征摘要】
1.一种单箱多室闭口截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，其具体包括以下步骤以下步骤以下步骤：步骤1、将单箱多室闭口截面薄壁梁的弯曲变形区分为腹板(1)弯曲变形部分和翼缘(2)弯曲变形部分；步骤2、计算腹板(1)弯曲变形部分的局部弯曲特性；步骤2.1、计算腹板(1)弯曲变形部分固定铰线的能量耗散；沿第j个腹板(1)固定铰线耗散的能量Wwsj(θ)可表示为式中，j是腹板(1)个数；i是固定塑性铰线条数；Wwsj(θ)为第j个腹板沿固定铰线耗散的能量，单位为J；lwsi是腹板(1)第i条固定铰线的长度，单位为mm；M0为单位长度塑性极限弯矩，M0＝σ0t2/4，单位为N，其中σ0为流变应力，t是薄壁梁的壁厚；θ为单箱多室闭口截面薄壁梁的塑性转角，单位为rad；θwsi为腹板(1)第i条固定铰线的塑性转角，单位为rad；步骤2.2、计算腹板(1)弯曲变形部分滚动铰线的能量耗散；沿第j个腹板(1)弯曲变形部分滚动铰线耗散的能量Wwrj(θ)可表示为式中，j是腹板(1)个数；k是滚动塑性铰线条数；Wwrj(θ)为第j个腹板(1)沿滚动铰线耗散的能量，单位为J；Δsk是腹板(1)第k条滚动铰线所扫过的面积，单位为mm2；M0为单位长度塑性极限弯矩，单位为N；θ为单箱多室闭口截面薄壁梁的塑性转角，单位为rad；r为塑性铰线的滚动半径，单位为mm；步骤2.3计算腹板(1)弯曲变形部分的总能量耗散，即腹板(1)弯曲变形部分耗散的总能量为：步骤3、计算翼缘(2)弯曲变形部分的局部弯曲特性；步骤3.1、计算翼缘(2)弯曲变形部分固定铰线的能量耗散；沿第n个翼缘(2)固定铰线的耗散的能量Wfsn(θ)可表示为

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝辉，杜展鹏，段利斌，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43