摘要
随着现代汽车工业步入新时代，国内汽车保有量持续正增长，与此同时每年交通事故量也不断攀升，严重危及到行人与乘客的生命安全。因此，研究汽车行人保护技术可以有效提高对行人的生命安全保障，最大程度地减少碰撞事故对行人造成的伤害。本文通过分析国内外发动机罩设计和负泊松比材料的研究现状，参照行人保护标准法则建立了头部冲击器有限元模型，采用负泊松比超材料设计理论提出了一种新型内凹工字形蜂窝结构，并运用数值模拟方法研究了其变形模式与吸能特性，完成了该结构的耐撞性多目标优化，设计了一种负泊松比材料蜂窝夹层式发动机罩。论文研究主要包括以下内容: 1、参照行人保护标准法则GB/T24550-2009和C-NCAP2021版的行人保护试验，使用非线性显式动力学软件LS-DYNA和HyperWorks建立了行人头部冲击器有限元模型，完成了对标仿真验证。通过对整车模型进行简化和边界处理，获得了符合标准要求的车辆前端模型，并划定了头型冲击器碰撞区域。 2、采用负泊松比超材料设计理论，在内凹六边形蜂窝结构基础上，提出了一种新型内凹工字形蜂窝结构。利用软件ABAQUS对其进行了仿真分析，分别研究了在面内和面外冲击作用下蜂窝结构的变形模式和能量吸收等动力学响应，并将其与传统六边形蜂窝和内凹六边形蜂窝的抗冲击性能进行了对比分析。对比结果表明，该内凹工字形蜂窝具有较好的能量吸收特性和冲击载荷一致性。 3、根据内凹工字形蜂窝的动态冲击特性，建立了其响应面模型，利用遗传算法NSGA-Ⅱ获得了Pareto前沿，在保证仿真精度和计算效率的同时，完成了内凹工字形蜂窝结构的耐撞性多目标优化，得到了其最优设计参数。 4、根据内凹工字形蜂窝的最优参数，建立了蜂窝结构等效替代模型，设计了一种内凹工字形蜂窝夹层的发动机罩，并使用软件LS-DYNA分别对原发动机罩和两种不同夹层厚度的新型发动机罩进行了仿真和对比分析。结果表明新型发动机罩具有更好的行人头部保护性能，并实现了其轻量化设计。 论文研究对负泊松比材料和蜂窝夹层式发动机罩设计具有一定的参考价值。
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