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汽车耐撞性是汽车安全研究的重要方向,对保障驾乘人员的生命和财产安全具有重要意义。薄壁管结构是汽车中重要的吸能和承载部件,因此,设计具有优良吸能和承载性能的薄壁管结构,对提高汽车的耐撞性至关重要。为提高汽车低速碰撞时的安全性能,本文运用结构仿生学原理对汽车保险杠系统进行了结构优化研究,为汽车被动安全研究提供新的思路和理论依据。以竹子为生物原型,基于宏观上直径、壁厚以及节间距表现的梯度分布规律,设计了1种仿生变壁厚薄壁吸能盒结构、3种仿生横梁和3种仿生截面横梁。吸能盒轴向碰撞仿真表明:壁厚比为3/2.47/1.78和节长比为1/2/1时仿生吸能盒的性能最优,与普通吸能盒相比,比吸能提高了6.2%,峰值载荷降低了28.23%,压溃力效率增加了7.48%,质量减少了19.3%。且仿生吸能盒在受到多角度的斜向碰撞时较普通圆形吸能盒的整体屈曲变形更稳定。当碰撞角度为10°时仿生吸能盒的比吸能较普通圆形吸能盒提高了39.2%,峰值载荷降低了32.7%。该结构具有吸能能力强、重量轻、峰值载荷小以及变形稳定等优点。同时落锤试验验证与仿真分析得到的结果表现出一致性。对竹节试样和节间试样进行了准静态三点弯曲试验,试验表明:有节试样抗弯强度和吸能量高于无竹节试样,吸能提高了56.7%,比吸能提高了31.4%,抗弯强度提高了78.8%。抗弯强度随着节数的增加而增加,而比吸能却随着节数的增加而减小。基于竹材的弯曲试验,设计两类共6种仿生保险杠横梁结构。仿真分析表明,仿生1和2型的耐撞性能均优于普通横梁。提出综合三种碰撞工况下,涵盖两种评价指标的综合评价指标S,通过计算发现,BBS2的综合性能最优,其综合性能值S较OBS提高了60%,且其质量较OBS轻了32.4%。为了找到一个最优的保险杠系统,采用响应面优化方法对仿生保险杠系统进行优化。优化之后的BBS2仿生保险杠系统较原结构有明显的提升,其中100%正面碰撞:BBS2的比吸能较优化前高4.5%,峰值载荷较优化前低了4.2%;40%偏置碰撞:BBS2的比吸能较优化前提高了7.5%,峰值载荷较优化前低了12.79%;柱撞碰撞:BBS2的比吸能较优化前提高了2.4%,峰值载荷较优化前低了34.37%,同时BBS2的质量较优化前轻了76%。