钎焊铝蜂窝夹层板等效模型研究及应用

• 作 者: 廖婷婷
• 机 构: 西南交通大学
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 钎焊铝蜂窝夹层板 结构力学特性 等效模型 对比分析 车头罩 吸能装置

轨道交通车辆车体结构轻量化是永恒的主题。钎焊铝蜂窝夹层板在车体承载结构中的应用是实现轻量化的一条有效途径。根据真实几何结构对蜂窝建立精细化模型,建模周期长、计算条件要求高,因此等效模型的应用受到关注,本文主要研究了钎焊铝蜂窝夹层板等效模型的准确性和适用性。首先进行了夹层板的三点弯曲和平面压缩试验,其次使用等效模型模拟试验过程,与精细化有限元模型对比,验证等效模型的计算精度,最后用等效方法建立车辆结构的有限元模型,验证了等效模型在车辆校核计算中的适用性。首先,基于三明治夹芯板理论,在传统的等效参数基础上考虑芯子间焊料厚度,对等效参数进行了修正。将等效模型与精细化有限元模型进行精度对比,得到修正的等效参数建立的等效模型计算精度最高,为后文等效模型的应用提供支撑。其次,进行夹层板的三点弯曲试验研究,分别使用等效模型和精细化有限元模型计算,通过载荷-位移曲线、刚度参数和强度参数对比,得出使用修正的三明治夹芯板等效参数建立的模型在计算夹层板的刚度和强度性能时具有较好的准确性。再次,进行夹层板的平面压缩试验研究,分别使用等效模型和精细化有限元模型计算,通过载荷-位移曲线、平压模量和吸能量等对比,得出使用修正的三明治夹芯板等效参数建立的模型在计算夹层板的平压性能时亦具有较好的准确性。同时分析了夹层板高度、胞元夹角、胞元边长和胞壁厚度对夹层板吸能性能的影响,得出平均压溃应力、比载荷、比吸能和峰值应力之间存在近似一次或二次的函数关系,为夹层板在吸能装置中的应用设计提供参考。最后,使用三点弯曲和平压载荷验证的修正三明治夹芯板等效参数,建立车头罩有限元模型,对比计算发现,使用夹层板车头罩可以增大司机室结构局部刚度。校核了蜂窝车头罩的静强度,验证了等效模型在静强度计算中的适用性。对吸能装置的耐撞性进行计算,并与精细化有限元模型进行对比,验证了等效模型在部件级冲击计算中的准确性。使用等效模型计算吸能装置在碰撞过程中的变形模式和能量情况,分析了蜂窝表观密度对其吸能性能的影响,验证了等效模型在碰撞计算中的适用性。