[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

说明书

本发明公开了一种基于仙人掌结构防撞车门及其优化设计方法，防撞车门包括车内内板、车门外板、填充内芯、车门防撞梁和车窗框架；填充内芯基于仙人掌外观结构进行仿生设计制成，通过仿生仙人掌结构在受到外部冲击时的纯皱褶变形从而使得车辆在受到侧面碰撞时尽可能的吸收碰撞能量；填充内芯固定于车门外板、车门内板之间的空隙之中，车门防撞梁和车门内板固定。优化时，选取车门垂直刚度、一阶频率、车门质量和侧面碰撞安全性作为车门结构优化的目标，对车门外板厚度、车门内板厚度、填充内芯厚度、车门防撞梁厚度、车门内板加强板厚度进行优化设计，提升车门的防撞性能从而保护车内乘员的安全。

技术领域

本发明涉及汽车被动安全防护领域，尤其涉及一种仙人掌仿生结构防撞车门及其优化设计方法。

背景技术

车门作为汽车车身的重要组成部分，轻量化的同时必须满足碰撞性能要求，同时不应受到发动机、路面等激励产生明显振动而影响整车的NVH性能。当汽车在发生侧面碰撞时，车门侵入量较大，无法提供足够的乘员空间和尽可能多的吸收能量。针对存在的问题，目前常见的方法是对车门进行优化设计或者填充泡沫、蜂窝铝等一些吸能材料，虽然可以使得车门吸能特性得到一定程度上的改善，但考虑到各种工况的协调最优性，这些传统的方式无法对车门的整体性能做出较大的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所提到的不足，提供一种仙人掌仿生结构防撞车门及其优化设计方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种仙人掌仿生结构防撞车门，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。

作为本发明一种仙人掌仿生结构防撞车门进一步的优化方案，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。

作为本发明一种仙人掌仿生结构防撞车门进一步的优化方案，所述车门外板和车门内板的边缘通过焊接方式固连。

作为本发明一种仙人掌仿生结构防撞车门进一步的优化方案，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。

本发明还公开了一种该仙人掌仿生结构防撞车门优化设计方法，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；