CN206914112U - 基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁，仿牛角汽车车门防撞梁以牛角为仿生对象，包含仿牛角外壳、骨芯、前安装支架和后安装支架；仿牛角外壳为空心圆管；骨芯由二维四角星型的负泊松比单胞阵列而成；骨芯和仿牛角外壳的内壁柔性连接；仿牛角外壳的两端分别和前安装支架的拱形管道、后安装支架的拱形管道刚性连接。进行优化时，依次经过试验优化方法（DOE）、仿真计算、建立代理模型及多目标优化，确定仿牛角的车门防撞梁结构的各个特征参数值，提高了防撞性的耐撞性，降低了车内人员伤害的同时，并达到了轻量化的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车被动安全领域，尤其涉及一种基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁。
背景技术
近年来，侧面碰撞的安全设计是汽车被动安全领域重要的一部分。为了减少乘员在侧面碰撞中的伤害，必须提高汽车的侧面的耐撞性。在现代汽车设计中，除了采用增加车门强度外，大多数是通过增设防撞梁的方法来提高汽车侧面的耐撞性，但是上述该方法有以下的不足：
1.采用新型材料的防撞梁，能够满足一定的耐撞性，并且质量轻，但是制造成本高，并且材料的回收利用困难，不能满足环保的要求；
2.防撞梁的材料一般为中、高强度钢，屈服强度高，具有良好的耐撞性但其重量较高，不能满足轻量化的要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁，所述汽车车门防撞梁以牛角为仿生对象，包含仿牛角外壳、骨芯、前安装支架和后安装支架；
所述仿牛角外壳为空心圆管；
所述骨芯由二维四角星型的负泊松比单胞阵列而成；
所述骨芯设置在所述仿牛角外壳内，骨芯和仿牛角外壳的内壁通过柔性连接方式连接在一起；
所述前安装支架、后安装支架均呈Ω型，均包含一个拱形管道和两个分别设置在拱形管道两侧的平板；
所述仿牛角外壳的两端分别和所述前安装支架的拱形管道、后安装支架的拱形管道通过刚性连接方式固定相连；
所述前安装支架的两个平板、后安装支架的两个平板均用于和车门固定相连。
作为本实用新型基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁进一步的优化方案，所述前安装支架、后安装支架中，拱形管道为半径35mm的半圆、拱形管道的长为70mm、拱形管道两侧平板的宽度为5mm。
作为本实用新型基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁进一步的优化方案，所述仿牛角外壳长750mm、厚1mm、内径为30mm。
本实用新型还公开了一种该基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁的优化方法，包含以下步骤：
步骤1)，采用拉丁超立方实验优化方法,选取N组仿骨芯的负泊松比单胞参数，所述仿骨芯的负泊松比单胞参数包括底壁长、斜壁长、高度和壁厚参数；
步骤2)，根据仿牛角外壳、前安装支架、后安装支架的形状，结合N组仿骨芯的负泊松比单胞参数，在CATIA中，建立N组参数的仿牛角汽车车门防撞梁几何结构；
步骤3)，在HYPERMESH中，建立N组侧面碰撞有限元模型，并通过LS-DYNA计算出N组平均碰撞力(P)和N组防撞梁质量(m)；
步骤4)，在ISIGHT中，以步骤1)中得到的N组骨芯的负泊松比单胞结构的底壁长、斜壁长、高度和壁厚为输入，以步骤3)中得到的N组平均碰撞力(P)和防撞梁质量(m)为输出，利用径向基神经网络响应面模型方法，得到两个径向基神经网络响应面模型；
步骤5)，通过相关系数R2和均方根误差σRMSE方法来评价两个径向基神经网络响应面模型的精度,相关系数R2和均方根误差σRMSE的计算公式为：
其中，N为样本点数，p为多项式项数，i为第i个样本点，fi为第i个样本点的有限元分析值，fi'为第i个样本点的响应面模型计算值，为所有样本点的有限元分析均值；
步骤6)，若相关系数R2大于等于0.9且均方根误差σRMSE大于等于0.1，说明响应面模型的精度满足要求，执行步骤8)；
步骤7)，若相关系数R2小于0.9或均方根误差σRMSE小于0.1，跳转至步骤1)；
步骤8)，利用ISIGHT，以仿牛角汽车车门防撞梁碰撞的最大平均碰撞力(P)和最小防撞梁质量(m)为优化目标，采用序列二次规划算法对仿牛角汽车车门防撞梁进行优化运算，得到针对仿牛角汽车车门防撞梁的各设计参数的最优Pareto解集；
步骤9)，从最优Pareto解集中选取一组最满意的底壁长、斜壁长、高度和壁厚的数值，该组数值作为仿牛角汽车车门防撞梁妥协解输出。
所述N的值为60。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本实用新型公开了一种基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁,该防撞梁运用了仿生学的结构仿生原理,并结合负泊松比材料的特性,保证了结构的刚度和韧度。
2.本实用新型的设计方法结合了DOE实验设计方法、参数化建模、径向基神经网络方法，借助于序列二次规划算法对微观的骨芯负泊松比单胞特征参数进行优化，得到宏观性能的提升，过程简单，结果可靠。
附图说明
图1是本实用新型基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁示意图；
图2是本实用新型基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁中仿牛角外壳和骨芯的截面示意图；
图3是本实用新型基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁优化方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本实用新型公开了一种基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁，汽车车门防撞梁以牛角为仿生对象，包含仿牛角外壳、骨芯、前安装支架和后安装支架；仿牛角外壳为空心圆管；骨芯设置在仿牛角外壳内，骨芯和仿牛角外壳的内壁通过柔性连接方式连接在一起；前安装支架、后安装支架均呈Ω型，均包含一个拱形管道和两个分别设置在拱形管道两侧的平板；仿牛角外壳的两端分别和前安装支架的拱形管道、后安装支架的拱形管道通过刚性连接方式固定相连；前安装支架的两个平板、后安装支架的两个平板均用于和车门固定相连。
前安装支架、后安装支架中，拱形管道为半径35mm的半圆、拱形管道的长为70mm、拱形管道两侧平板的宽度为5mm。仿牛角外壳长750mm、厚1mm、内径为30mm。
如图2所示，骨芯由二维四角星型的负泊松比单胞阵列而成。
如图3所示，本实用新型还公开了一种该基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁的优化方法，包含以下步骤：
步骤1)，采用拉丁超立方实验优化方法,选取N组仿骨芯的负泊松比单胞参数，所述仿骨芯的负泊松比单胞参数包括底壁长、斜壁长、高度和壁厚参数；
步骤2)，根据仿牛角外壳、前安装支架、后安装支架的形状，结合N组仿骨芯的负泊松比单胞参数，在CATIA中，建立N组参数的仿牛角汽车车门防撞梁几何结构；
步骤3)，在HYPERMESH中，建立N组侧面碰撞有限元模型，并通过LS-DYNA计算出N组平均碰撞力(P)和N组防撞梁质量(m)；
步骤4)，在ISIGHT中，以步骤1)中得到的N组骨芯的负泊松比单胞结构的底壁长、斜壁长、高度和壁厚为输入，以步骤3)中得到的N组平均碰撞力(P)和防撞梁质量(m)为输出，利用径向基神经网络响应面模型方法，得到两个径向基神经网络响应面模型；
步骤5)，通过相关系数R2和均方根误差σRMSE方法来评价两个径向基神经网络响应面模型的精度,相关系数R2和均方根误差σRMSE的计算公式为：
其中，N为样本点数，p为多项式项数，i为第i个样本点，fi为第i个样本点的有限元分析值，fi'为第i个样本点的响应面模型计算值，为所有样本点的有限元分析均值；
步骤6)，若相关系数R2大于等于0.9且均方根误差σRMSE大于等于0.1，说明响应面模型的精度满足要求，执行步骤8)；
步骤7)，若相关系数R2小于0.9或均方根误差σRMSE小于0.1，跳转至步骤1)；
步骤8)，利用ISIGHT，以仿牛角汽车车门防撞梁碰撞的最大平均碰撞力(P)和最小防撞梁质量(m)为优化目标，采用序列二次规划算法对仿牛角汽车车门防撞梁进行优化运算，得到针对仿牛角汽车车门防撞梁的各设计参数最优Pareto解集；
步骤9)，从最优Pareto解集中选取一组最满意的底壁长、斜壁长、高度和壁厚的数值，该组数值作为仿牛角汽车车门防撞梁妥协解输出。
所述N的值为60。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁，其特征在于，所述汽车车门防撞梁以牛角为仿生对象，包含仿牛角外壳、骨芯、前安装支架和后安装支架；
所述仿牛角外壳为空心圆管；
所述骨芯由二维四角星型的负泊松比单胞阵列而成；
所述骨芯设置在所述仿牛角外壳内，骨芯和仿牛角外壳的内壁通过柔性连接方式连接在一起；
所述前安装支架、后安装支架均呈Ω型，均包含一个拱形管道和两个分别设置在拱形管道两侧的平板；
所述仿牛角外壳的两端分别和所述前安装支架的拱形管道、后安装支架的拱形管道通过刚性连接方式固定相连；
所述前安装支架的两个平板、后安装支架的两个平板均用于和车门固定相连。
2.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁，其特征在于，所述前安装支架、后安装支架中，拱形管道为半径35mm的半圆、拱形管道的长为70mm、拱形管道两侧平板的宽度为5mm。
3.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁，其特征在于，所述仿牛角外壳长750mm、厚1mm、内径为30mm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107415654A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-12-01 | 南京航空航天大学 | 基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁及其优化方法 |
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2017
- 2017-04-28 CN CN201720461036.9U patent/CN206914112U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN107415654A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-12-01 | 南京航空航天大学 | 基于负泊松比结构的仿牛角汽车车门防撞梁及其优化方法 |
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