[发明专利]一种仙人掌仿生结构防撞车门及其优化设计方法

权利要求书

1.一种仙人掌仿生结构防撞车门，其特征在于，包含车门内板、车门外板、填充内芯、车门防撞梁和车窗框架结构；

所述车门外板、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；

所述车门防撞梁置于车门外板、车门内板之间的空隙中，和所述车门内板固连；

所述填充内芯由仙人掌仿生结构单胞阵列而成，置于车门外板、车门内板之间的空隙中，分别与车门外板、车门内板固连，用于车辆在发生侧面碰撞时吸收能量；

所述仙人掌仿生结构单胞呈六角星状，六个内夹角大小相同、十二条边等长；

所述车窗框架结构和车门外板、车门内板的上边缘固连，用于安装汽车玻璃。

2.根据权利要求1所述的仙人掌仿生结构防撞车门，其特征在于，所述仙人掌仿生结构单胞每条边长度为8mm，每两条边之间的内夹角大小为70度。

3.根据权利要求1所述的仙人掌仿生结构防撞车门，其特征在于，所述车门外板和车门内板的边缘通过焊接方式固连。

4.根据权利要求1所述的一种仙人掌仿生结构防撞车门，其特征在于，所述车门外板的厚度为2.2mm，车门内板的厚度为1.5mm，仙人掌仿生结构单胞的壁厚为0.8mm，车门防撞梁厚度为1.8mm。

5.基于权利要求1所述的仙人掌仿生结构防撞车门优化设计方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），在Catia软件中分别建立车门内板、车门外板、填充内芯、车门防撞梁的CAD模型，将它们依次导入到Hypermesh软件中进行几何清理和网格划分、组合成车门模型，并设置各个初始值如下：车门外板的厚度为2.2mm、车门内板的厚度为1.5mm、仙人掌仿生结构单胞的壁厚为0.8mm、车门防撞梁厚度为1.8mm；

步骤2），在Isight软件中，利用最优拉丁超立方实验设计方法，对预设的变量在预设阈值范围内选取60组样本点；

所述预设变量包括车门外板厚度t1、车门内板厚度t2、填充内芯结构厚度t3、车门防撞梁厚度t4、车窗框架结构厚度t5，预设阈值范围依次为：t1：[1.8-2.6],t2:[1-2],t3:[0.5-1.2],t4:[1.3-2.3],t5:[0.6-1.4],单位均为mm；

根据选取的样本点，在hypermesh中分别建立60组防撞车门有限元模型，以Hypermesh和Nastran为分析工具分别建立车门垂直刚度和自由模态两个分析工况，对所建立的60组车门有限元模型进行垂直刚度和自由模态分析；

步骤3），根据分析得到的结果利用响应面法建立垂直刚度和一阶频率的二阶响应面模型，以近似模型代替有限元模型并检验所建立的响应面模型的相关系数和均方根误差；

步骤4），在hypermesh中建立60组车门有限元模型的侧面碰撞模型并导入到LS-DYNA中进行仿真计算，统计防撞车门的总吸能、车门内板的加速度、车门的总质量、车门内板的侵入量，借助响应面法建立上述四个指标的二阶响应面模型并检验模型的正确度；

步骤5），以车门纵向能、车门内板的加速度、车门内板的侵入量、车门的总质量作为优化目标，以垂直刚度和一阶频率作为约束条件，建立防撞车门优化的数学模型，采用多目标遗传算法进行求解，得到优化结果。