[发明专利]一种多胞薄壁吸能管的设计方法

说明书

为了解决现有技术中汽车多胞薄壁吸能管的设计方法相对复杂的问题，本发明提供了一种汽车多胞薄壁吸能管的设计方法，包括如下步骤：根据设定工况计算出薄壁吸能管的理论吸收能量；根据预设目标薄壁吸能管的长度及压溃率计算出薄壁吸能管的压溃长度；计算出薄壁吸能管的理论平均压溃力F_m；根据理论平均压溃力数值及平均压溃力公式，从多胞元素库中选出合适的多胞元素进行组合；计算出组合出的多胞薄壁吸能管的实际平均压溃力P_m；根据P_m≥F_m的原则验证所设计出的多胞薄壁吸能管是否满足设计目标，不满足则修正设计参数重新计算，直到满足为止。本发明的设计方法比现有的多胞薄壁吸能管设计方法更为科学、高效，更有利于后期的仿真优化设计，可以有效缩短设计时间，降低设计成本。

技术领域

本发明涉及汽车吸能装置设计领域，尤其涉及一种多胞薄壁吸能管的设计方法。

背景技术

汽车吸能装置的设计对汽车碰撞安全具有十分重要的意义。吸能效果好的吸能装置能够在汽车发生碰撞时保护乘员的的安全。多胞薄壁吸能管设计是通过对柱状吸能管的截面内嵌入一些不同形式的胞元来提高吸能管的吸能效果，这样充分利用了有限的设计空间。

当下汽车吸能装置的设计的主要方法可概括为“经验设计-优化分析”。该方法可简述为：汽车底盘总布置完成以后，工程师根据设计经验及设计需求，给出吸能装置的设计参数(包括吸能装置的长度，截面尺寸，材料及壁厚等)，然后对吸能装置进行仿真优化分析，如果吸能装置不能达到设计目标，则需要返回重新设计合理的吸能装置，直到满足设计目标为止。

由于上述的吸能装置设计方法主要依靠的是设计经验和设计需求，因而初次设计出来的吸能装置往往达不到设计目标，需要进行反复修改才能完成设计目标。故这种方法不仅设计过程繁琐、效率较低，而且设计成本较高。

发明内容

为了提高多胞薄壁吸能管的设计效率，降低设计成本，本发明提供了一种汽车多胞薄壁吸能管的设计方法，包括如下步骤：

1)根据设定工况计算出多胞薄壁吸能管理论上所需吸收的能量；

2)根据预设多胞薄壁吸能管的长度及压溃率计算出多胞薄壁吸能管的压溃长度；

3)由多胞薄壁吸能管所需吸收的能量与其压溃长度之比获得多胞薄壁吸能管的理论平均压溃力；

4)由理论平均压溃力的数值及实际平均压溃力公式，从多胞元素库中选出合适的多胞元素进行组合；

5)计算出组合多胞薄壁吸能管的实际平均压溃力；

6)根据实际平均压溃力应大于理论平均压溃力的原则验证所设计的多胞薄壁吸能管是否满足设计目标，不满足则修正设计参数重新计算，重复该过程直至满足设计目标。

其中，多胞薄壁吸能管的理论吸收能量通过如下方法得到：根据设计目标预设的汽车整车质量以及初始碰撞速度，运用公式E＝mv²/2计算出整车碰撞能量；再由多胞薄壁吸能管吸收的能量占碰撞总能量的吸能比得到多胞薄壁吸能管碰撞的理论吸收能量。

其中，吸能比是根据工程师的经验获得。

其中，实际平均压溃力计算公式是根据简化超级折叠单元理论(SSFE)计算得出的，公式推导如下：

式中，W_m为各个元素的薄膜变形能量总和，a为各个元素薄膜变形能量总和的系数。

式中，P_m是实际平均压溃力，L_c为多胞薄壁吸能管横截面总长度，σ₀为材料塑性流动应力，t为多胞薄壁吸能管壁厚，λ为动态放大系数，k为有效冲程效率。