[发明专利]一种两端固支Z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能分析方法

说明书

本发明公开了一种两端固支Z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能分析方法，包括如下步骤：步骤一、以锤头在两端固支Z向肋板多胞薄壁梁的中间进行加载且所述多胞薄壁梁的截面在弯矩和轴力的共同作用下进入完全塑性状态时，获得两个阶段的屈服准则；步骤二、简化所述多胞薄壁梁的变形和受力，获得塑性铰处的轴力和截面形心轴线的位移间的关系；步骤三、根据所述屈服准则、平衡方程及塑性铰处的轴力和截面形心轴线的位移间的关系获得薄壁梁可承受的外力与之间的关系。本发明具有提高计算多胞薄壁梁弯曲吸能特性的准确性、缩短开发周期和降低设计成本的特点。

技术领域

本发明涉及汽车被动安全性研究技术领域，更具体的是，本发明涉及一种两端固支Z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能分析方法。

背景技术

薄壁梁结构作为常见的承载和吸能部件在汽车、船舶、航空和航天等领域被广泛应用。车身上的薄壁梁结构在碰撞过程中常常受到横向载荷的作用而发生弯曲变形，如侧面碰撞事故中的B柱、正面柱碰工况中的保险杠横梁等，薄壁梁结构在发生弯曲变形时的能量吸收效果受到研究人员的广泛关注。

目前对于薄壁梁的抗撞性设计主要研究方法是采用实验和有限元分析相结合，通过利用大变形非线性有限元软件对薄壁梁结构进行仿真计算及结构优化设计，再利用实验对设计优化的结果进行验证，但对于概念设计阶段时期，各结构设计方案频繁变更，使用有限元分析方法需要频繁更改有限元模型，消耗大量人力和时间。

随着人们的安全意识的不断加深和安全法规的不断强化，如何提升汽车的抗撞性能成为重要的研究课题。多胞薄壁梁相比矩形薄壁梁具有更出色的能量吸收效果，被用于车身结构中的保险杠横梁和B柱等典型薄壁梁安全构件，以提升车身结果的抗撞性。

当前对于多胞薄壁梁在弯曲变形时的能量吸收机制的理论研究，主要集中于多胞薄壁梁在纯弯工况或两端受到简单支撑的三点弯工况下的能量吸收效果。由于车身上的B柱或保险杠横梁等构件两端与车身上其他部件相连接，在弯曲变形时将受到轴力的影响。轴力和弯矩共同作用于多胞薄壁梁的两端固支工况下，多胞薄壁梁的弯曲吸能行为更加复杂。同时经有限元计算和实验研究可知，在两端固支工况下，肋板沿Z方向的多胞薄壁梁比肋板沿Y方向的多胞薄壁梁能够吸收更多能量。因此，可以在肋板沿Z方向的多胞薄壁梁在两端固支下发生横向弯曲变形时的能量吸收进行研究。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种两端固支Z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能分析方法，建立了肋板沿Z方向的多胞薄壁梁在弯矩和轴力共同作用下发生横向弯曲变形时的能量吸收模型，并结合薄壁梁的多种参数，能够准确预测两端固支Z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能特性。

本发明提供的技术方案为：

一种两端固支Z向肋板多胞薄壁的梁弯曲吸能分析方法，包括如下步骤：

步骤一、以锤头在两端固支Z向肋板多胞薄壁梁的中间进行加载且所述多胞薄壁梁的截面在弯矩和轴力的共同作用下进入完全塑性状态时，获得多胞薄壁梁的截面的屈服准则：

当时，所述多胞薄壁梁的截面的屈服准则满足：

当时，所述多胞薄壁梁的截面的屈服准则满足：

式中，a表示第一系数，H表示截面的高度，表示截面的中性轴与截面的形心轴间的距离，t表示多胞薄壁梁的壁厚，α₁表示第二系数，M表示截面弯矩，M₀表示截面的塑性极限弯矩，N表示截面轴力，N₀表示截面的塑性极限轴力，α₂表示第三系数；

步骤二、简化所述多胞薄壁梁的变形和受力，获得塑性铰处的轴力和截面形心轴线的位移间的关系：

式中，w表示截面形心轴线的位移，B表示截面的宽度，n表示薄壁梁中沿Z向的肋板数量；