一种基于负泊松比结构的车门防撞梁及其优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于负泊松比结构的车门防撞梁及其优化方法，基于负泊松比结构的车门防撞梁包含壳体和填充内芯，填充内芯基于内凹六边形负泊松比结构设计而成。本发明专利技术还公开了一种基于耐撞性和轻量化的确定性优化设计方法，该方法充分考虑到设计变量的随机性和波动性，对壳体厚度和填充内芯的负泊松比结构的参数进行设计，有效提升了在侧面碰撞中的吸能效果，保证车内乘员的安全并实现零部件的轻量化。

A Door Anti-Collision Beam Based on Negative Poisson Ratio Structure and Its Optimal Method

The invention discloses a door anti-collision beam based on negative Poisson's ratio structure and its optimization method. The door anti-collision beam based on negative Poisson's ratio structure consists of a shell and a filling inner core, and the filling inner core is designed based on a concave hexagon negative Poisson's ratio structure. The invention also discloses a deterministic optimization design method based on crashworthiness and lightweight. The method fully considers the randomness and fluctuation of design variables, designs the parameters of shell thickness and negative Poisson's ratio structure filled with inner core, effectively improves the energy absorption effect in side crash, guarantees the safety of passengers in the car and realizes the lightweight of components.

【技术实现步骤摘要】
一种基于负泊松比结构的车门防撞梁及其优化方法
本专利技术涉及汽车被动安全防护领域，尤其涉及一种基于负泊松比结构的车门防撞梁及其优化方法。
技术介绍
汽车侧面柱碰撞是一种常见的交通事故形式。在侧面柱碰撞中，由于柱状物的刚度较高、受撞击的面积较小，且受碰撞区域结构较为薄弱、吸能缓冲空间较小，导致乘员的伤亡率较高。所以，汽车车门防撞梁的耐撞性必须要在汽车设计过程中给予足够的重视。目前，改善车门防撞梁耐撞性的方法一般有采用强度更高的材料、增加材料厚度等，但同时会造成生产成本的提高以及整备质量的增加。在不降低汽车侧面柱碰撞安全性能的前提下，有效减轻汽车的质量，有必要探索新思路改善车门防撞梁的设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所提到的不足，提供一种基于负泊松比结构的车门防撞梁及其设计方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于负泊松比结构的车门防撞梁，所述车门包含车门外板、车门内板，其中，车门外板、车门内板的边缘相互固连，且车门外板向远离车门内板的方向凸起，配合形成具有空隙的壳体；述车门防撞梁包含壳体和填充内芯，置于车门外板、车门内板之间的空隙中，和所述车门内板固连；所述壳体呈空心管状、采用铝合金材料制成；所述填充内芯填充在所述壳体内、采用负泊松比材料制成，用于在汽车发生侧面碰撞时进行吸能，通过胶粘的方式与壳体相连。作为本专利技术一种基于负泊松比结构的车门防撞梁进一步的优化方案，所述壳体的横截面为内凹六边形，包含顶边、底边和四条斜边，其中，顶边和底边平行，且顶边和底边之间的的高度为73.5mm，底边长度为57.378mm，四条斜边长度均为23.104mm，底边和斜边之间的夹角为60度；所述壳体的长度为340mm，壁厚为1mm。作为本专利技术一种基于负泊松比结构的车门防撞梁进一步的优化方案，所述填充内芯由七层负泊松比单胞结构阵列构成；所述负泊松比单胞结构呈内凹六边形，包含顶边、底边和四条斜边，其中，顶边和底边平行，且顶边和底边之间的的高度为8mm，底边长度为12mm，底边和斜边夹角为60度，厚度为0.5mm。本专利技术还公开了一种该基于负泊松比结构车门防撞梁的优化方法，包括以下步骤：步骤1），为了寻找具有最佳耐撞性和可靠性的车门防撞梁结构，选取壳体的厚度T1、夹心层单胞结构底边长度L、单胞结构厚度T2、底边和斜边夹角D作为设计变量，通过最优拉丁超立方试验设计方法，对于各个设计变量、在其预设的阈值范围内个选取100值，形成100组设计样点；步骤2），根据步骤1）得到的100组样本点，在Catia软件中进行参数化建模并导入到Hypermesh中与车门进行装配，建立侧面柱碰撞模型；步骤3），将100组侧面柱碰撞模型输入到LS-DYNA进行后处理计算，并根据预先设定的车门防撞梁的评价标准，以车门防撞梁质量M最小化作为设计目标，以车门内板对应驾驶员骨盆位置的侵入量不超过320mm，车门与刚性柱的平均碰撞力MCF不超过115.5kN作为约束条件，并利用响应面法建立车门防撞梁质量、侵入量、平均碰撞力的二阶响应面模型，并计算这三个响应面模型的拟合的相关系数和均方根误差；步骤4），在Isight软件中建立车门防撞梁的多目标优化数学模型，利用粒子群优化算法，对车门防撞梁结构进行确定性优化，得到优化结果。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本专利技术提出一种基于负泊松比结构的车门防撞梁，有效地解决了侧面柱碰撞过程中车门防撞梁变形较大、吸能效果不佳等缺陷；2.采用粒子群优化算法对基于负泊松比结构的车门防撞梁进行确定性优化设计，进一步提高防撞梁的吸能特性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中填充内芯示意图；图3是本专利技术中壳体截面结构示意图。图中，1-壳体，2-填充内芯。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1所示，本专利技术公开了一种基于负泊松比结构的车门防撞梁，所述车门包含车门外板、车门内板，其中，车门外板、车门内板的边缘相互固连，且车门外板向远离车门内板的方向凸起，配合形成具有空隙的壳体；述车门防撞梁包含壳体和填充内芯，置于车门外板、车门内板之间的空隙中，和所述车门内板固连；所述壳体呈空心管状、采用铝合金材料制成；如图2所示，所述填充内芯填充在所述壳体内、采用负泊松比材料制成，用于在汽车发生侧面碰撞时进行吸能，通过胶粘的方式与壳体相连。如图3所示，所述壳体的横截面为内凹六边形，包含顶边、底边和四条斜边，其中，顶边和底边平行，且顶边和底边之间的的高度为73.5mm，底边长度为57.378mm，四条斜边长度均为23.104mm，底边和斜边之间的夹角为60度；所述壳体的长度为340mm，壁厚为1mm。所述填充内芯由七层负泊松比单胞结构阵列构成；所述负泊松比单胞结构呈内凹六边形，包含顶边、底边和四条斜边，其中，顶边和底边平行，且顶边和底边之间的的高度为8mm，底边长度为12mm，底边和斜边夹角为60度，厚度为0.5mm。本专利技术还公开了一种该基于负泊松比结构车门防撞梁的优化方法，包括以下步骤：步骤1），为了寻找具有最佳耐撞性和可靠性的车门防撞梁结构，选取壳体的厚度T1、夹心层单胞结构底边长度L、单胞结构厚度T2、底边和斜边夹角D作为设计变量，通过最优拉丁超立方试验设计方法，对于各个设计变量、在其预设的阈值范围内个选取100值，形成100组设计样点；步骤2），根据步骤1）得到的100组样本点，在Catia软件中进行参数化建模并导入到Hypermesh中与车门进行装配，建立侧面柱碰撞模型；步骤3），将100组侧面柱碰撞模型输入到LS-DYNA进行后处理计算，并根据预先设定的车门防撞梁的评价标准，以车门防撞梁质量M最小化作为设计目标，以车门内板对应驾驶员骨盆位置的侵入量不超过320mm，车门与刚性柱的平均碰撞力MCF不超过115.5kN作为约束条件，并利用响应面法建立车门防撞梁质量、侵入量、平均碰撞力的二阶响应面模型，并计算这三个响应面模型的拟合的相关系数和均方根误差；步骤4），在Isight软件中建立车门防撞梁的多目标优化数学模型，利用粒子群优化算法，对车门防撞梁结构进行确定性优化，得到优化结果。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于负泊松比结构的车门防撞梁，所述车门包含车门外板、车门内板，其中，车门外板、车门内板的边缘相互固连，且车门外板向远离车门内板的方向凸起，配合形成具有空隙的壳体；其特征在于，所述车门防撞梁包含壳体和填充内芯，置于车门外板、车门内板之间的空隙中，和所述车门内板固连；所述壳体呈空心管状、采用铝合金材料制成；所述填充内芯填充在所述壳体内、采用负泊松比材料制成，用于在汽车发生侧面碰撞时进行吸能，通过胶粘的方式与壳体相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于负泊松比结构的车门防撞梁，所述车门包含车门外板、车门内板，其中，车门外板、车门内板的边缘相互固连，且车门外板向远离车门内板的方向凸起，配合形成具有空隙的壳体；其特征在于，所述车门防撞梁包含壳体和填充内芯，置于车门外板、车门内板之间的空隙中，和所述车门内板固连；所述壳体呈空心管状、采用铝合金材料制成；所述填充内芯填充在所述壳体内、采用负泊松比材料制成，用于在汽车发生侧面碰撞时进行吸能，通过胶粘的方式与壳体相连。2.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的车门防撞梁，其特征在于，所述壳体的横截面为内凹六边形，包含顶边、底边和四条斜边，其中，顶边和底边平行，且顶边和底边之间的的高度为73.5mm，底边长度为57.378mm，四条斜边长度均为23.104mm，底边和斜边之间的夹角为60度；所述壳体的长度为340mm，壁厚为1mm。3.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的车门防撞梁，其特征在于，所述填充内芯由七层负泊松比单胞结构阵列构成；所述负泊松比单胞结构呈内凹六边形，包含顶边、底边和四条斜边，其中，顶边和底边平行，且顶边和底边之间的的高度为8mm，底边长度为12mm，底边和斜边夹角为60度，厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁广超，王春燕，赵万忠，刘振环，王衍圣，
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