1. 研究目的与意义（文献综述）

汽车前纵梁在汽车被动安全中扮演着极其重要的角色。在汽车发生正面碰撞时，前纵梁通过其压溃变形和弯曲变形吸收碰撞能量，缓冲碰撞力，以减小对车内乘员的伤害，大约能吸收总碰撞能量的60%左右。设计前纵梁构件时应使其尽可能地沿着轴向压溃变形，以达到最好的吸能能力。从理论上讲，前纵梁越笔直越粗越好。但在节能减排的大背景下，前纵梁设计的轻量化也是需要考虑的因素。实现轻量化的主要途径有制造轻量化，使用轻量化材料，结构轻量化等。在结构轻量化中，厚度按某种梯度分布的薄壁结构因其结构重量轻，强度高，被广泛用于用于车身的轻量化设计。当其用于汽车前纵梁时可在实现轻量化的同时兼顾安全性。此种薄壁结构包括激光拼焊板结构和连续变厚度结构。激光拼焊结构虽然可以灵活组合，改善结构刚度但不可避免地存在焊缝，影响应力分布和材料性能。而连续变厚度结构不存在焊缝，可以避免激光拼焊的缺陷，在力学性能上更加连续，整体上优于激光拼焊结构。连续变厚度结构其厚度可按多种方式分布，本课题选取厚度沿着前纵梁管壁轴向方向按照幂指数形式分布的梯度薄壁结构。本课题的目的在于对上述连续变厚度前纵梁进行压溃分析和数值仿真。

本课题将对厚度按照幂指数形式连续分布的薄壁结构前纵梁进行研究，对其在碰撞时的压溃情况和吸能能力进行具体的分析，并且基于数值建模比较激光拼焊板结构和变厚度前纵梁的压溃吸能特性的不同，分析焊缝的存在对压溃性能的影响。可以以此为依据设计既符合安全要求又达到轻量化要求的前纵梁，以达到节能减排的目的。本课题的意义在于为前纵梁轻量化设计提供理论依据，使梯度薄壁结构在前纵梁的设计中得到应用。

连续变厚度板起源于上世纪九十年代，由德国亚琛工业大学研制，其通过柔性轧制工艺生产而成，此板用于汽车零部件将获得更好的承载能力和更轻的质量。基于此，随后的科研人员提出了梯度厚度结构。国外的baykasoglu.c等人^[1]在具有梯度厚度的铝基圆管受轴向载荷试验中发现，梯度厚度结构能够沿结构轴线方向获得可变刚度，其与传统的均匀厚度结构相比，能更有效地控制耐撞性参数。国内在此方面的研究并不落后于国外。孙光永等人^[2]测试了变厚度梯度薄壁结构的碰撞特性，结果表明厚度梯度管在碰撞性能上优于均匀厚度管，适合用于能量吸收部件；徐峰祥^[3]研究了梯度薄壁结构的设计方法及其在车身设计中的应用，为梯度薄壁结构在车身上的应用提供了理论依据。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：本课题拟基于梯度思想分析一种厚度沿着前纵梁管壁轴向方向按照幂指数形式分布的梯度薄壁结构。本选题将从数值建模分析入手，具体开展以下几个方面的研究：

1）比较拼焊板结构和变厚度前纵梁的压溃吸能特性的不同；

2）不同建模方式（比如节点厚度，单元厚度等）对变厚度前纵梁的压溃特性影响；

3. 研究计划与安排

1（7 学期第20周）确定毕业设计题目、毕业设计任务书(相关参数)、校内资料收集

2（8 学期第1周）方案构思、文献检索、完成开题报告

3～4（8学期第2-3周）外文翻译、资料再收集

4. 参考文献（12篇以上）

[1]baykasoglu.c;cetin,mt.energy absorption of circular aluminium tubes with functionally graded thickness under axial impact loading[j].science citation index expanded.2015,(20):95-106

[2]guangyong sun,fengxiang xu,guangyao li,qing li.crashing analysis and multiobjective optimization for thin-walled structures with functionally graded thickness[j].international journal of mechanical sciences,2014,(64): 62–74

[3]徐峰祥. 梯度薄壁结构设计方法及其在车身设计中的应用[d].湖南大学,2015.