[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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及其优化方法。

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。

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及其优化方法。

本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。

本发明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σ_RMSE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σ_RMSE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，f_i为第i个样本点的有限元分析值，f_i'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σ_RMSE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σ_RMSE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。