[发明专利]单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测方法

说明书

本发明公开了单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测方法，属于汽车车身设计领域。该预测方法包括：首先将单帽型薄壁梁结构按照变形模式的不同划分为基本帽型单元和平板单元，然后计算基本帽型单元、平板单元的弯曲压溃吸能，最后计算单箱帽型薄壁梁的弯曲压溃总吸能。本发明解决了汽车车身耐撞性概念设计阶段由于缺乏详细结构的几何模型而无法使用有限元方法或试验方法进行薄壁梁弯曲压溃吸能分析的问题，能够很好的满足汽车概念设计阶段的车身耐撞性设计需求，适用于求解同材同厚、同材异厚、异材同厚、异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能特性，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。

技术领域

本发明属于汽车车身设计领域，具体涉及单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测方法。

背景技术

单帽型薄壁梁是汽车车身的重要吸能结构，由于其具有强度高、吸能效果好、质量轻等特点而在汽车碰撞安全方面得到广泛应用。在车身结构概念设计阶段，由于缺乏详细的结构几何数据，并且设计方案更改频繁，使得很难利用有限元分析方法指导车身结构的耐撞性设计。因此，研究薄壁梁压溃吸能的理论预测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。

Belgrade大学的Kecman针对矩形和方形截面薄壁梁做了大量弯曲试验，其中对矩形薄壁梁的弯曲变形模式进行了详细分析，并提出了固定铰线和滚动铰线概念，但是其在固定铰线和滚动铰线的选取方面存在不足，没有合理准确的确定铰线类型，导致薄壁梁弯曲吸能的理论预测值偏大。Kim T H和Reid S R等人在Kecman的理论模型基础上，对矩形截面薄壁梁弯矩与转角的关系进行了改进，克服了Kecman理论模型不具有运动学容许的缺点，但是其依然没有合理准确的确定出铰线类型。中国专利(CN102184283A)公开了一种双帽型截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，进一步丰富了薄壁梁的弯曲压溃理论。中国专利(CN102322842A)公开了一种箱型截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法，保证了理想塑性弯曲区域的面内变形满足运动学容许的条件，并将该方法运用到单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能理论预测中，但是，在构建单帽型薄壁梁的理论模型中将单帽型截面视为整体，简化了部分翻边结构，使得单帽型薄壁梁吸能的理论预测结果偏小，并且该理论模型无法解决同材异厚、异材同厚、异材异厚单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测问题。

针对以上单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测方法的不足和局限性，本发明以Kecman薄壁梁弯曲压溃理论为基础，建立一种改进的单帽型薄壁梁的准静态弯曲压溃理论模型，并推导出该类帽型截面薄壁梁的弯曲压溃吸能公式。通过将单帽型薄壁梁结构分解为基本帽型单元和平板单元，使得改进的理论模型能够适用于求解同材同厚、同材异厚、异材同厚、异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测。

通过国内外相关文献检索，在汽车车身设计领域中，未发现有类似的适用于同材同厚、同材异厚、异材同厚、异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测方法，主要解决汽车车身耐撞性概念设计阶段，由于缺乏详细结构的几何模型而无法使用有限元仿真分析或试验方法进行薄壁梁弯曲压溃吸能分析的问题。本发明通过分别计算基本帽型单元和平板单元弯曲变形部分的弯曲压溃吸能来计算单帽型薄壁梁的弯曲压溃总吸能，适用于求解同材同厚、同材异厚、异材同厚、异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃吸能的理论预测，更具有一般性。

为解决上述技术问题，本发明主要通过以下步骤实现：

步骤(1)，将单帽型薄壁梁结构按照变形模式的不同划分为基本帽型单元和平板单元两种类型；

步骤(2)，在单帽型薄壁梁弯曲变形过程中，计算基本帽型单元的弯曲压溃吸能，包括基本帽型单元固定铰线、滚动铰线耗散能量；