[实用新型]一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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。本实用新型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上，同时达到对汽车车身结构的保护和对行人的保护；并通过本实用新型的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。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构，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。

作为本实用新型一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构进一步的优化方案，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。

作为本实用新型一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构进一步的优化方案，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。

本实用新型还公开了一种基于该变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构的优化方法，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。

作为本实用新型一种变厚度梯度负泊松比汽车缓冲吸能结构的优化方法进一步的方案，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；