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汽车安全与节能学报

汽车安全与节能学报 ›› 2016, Vol. 07 ›› Issue (01): 35-48.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2016.01.004

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功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构的吸能性( 英文)

曹 娇1，Amir KHAJEPOUR 1,2，干年妃1，龙永程1，黄 晶1   

  1. 1. 湖南大学 机械与运载工程学院，长沙 410082，中国；2. 滑铁卢大学，安大略省 滑铁卢市，N2L3G1，加拿大
  • 收稿日期:2015-04-03 出版日期:2016-03-25 发布日期:2016-04-05
  • 通讯作者: 通讯作者 / Corresponding author ： Amir KHAJEPOUR（1962—），男，教授。E-mail: akhajepour@uwaterloo.ca
  • 作者简介:第一作者 / First author ： 曹娇（1990—），女（汉），湖南，硕士研究生。E-mail: caojiao_hnu@163.com 通讯作者 / Corresponding author ： Amir KHAJEPOUR（1962—），男，教授。E-mail: akhajepour@uwaterloo.ca
  • 基金资助:

    国家自然基金资助项目(11202077) ；湖南省自然基金资助项目（14JJ3060）

Crashworthiness of Functionally Graded Density Aluminum Foam-Filled Tapered Thin-Walled Structures

CAO Jiao 1, Amir KHAJEPOUR 1,2, GAN Nianfei 1, LONG Yongcheng 1, HUANG Jing 1   

  1. 1. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China;
    2. University of Waterloo, Waterloo, Ontario, N2L3G1, Canada
  • Received:2015-04-03 Online:2016-03-25 Published:2016-04-05
  • Contact: 通讯作者 / Corresponding author ： Amir KHAJEPOUR（1962—），男，教授。E-mail: akhajepour@uwaterloo.ca
  • About author:第一作者 / First author ： 曹娇（1990—），女（汉），湖南，硕士研究生。E-mail: caojiao_hnu@163.com 通讯作者 / Corresponding author ： Amir KHAJEPOUR（1962—），男，教授。E-mail: akhajepour@uwaterloo.ca

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摘要：

为研究功能密度梯度泡沫铝填充薄壁锥形结构在汽车吸能盒上应用的可行性，对锥形泡沫铝、
铝合金薄壁结构、泡沫铝填充薄壁结构，进行了单轴准静态压缩试验及数值仿真分析。取得了对功能
密度梯度泡沫铝的密度变化梯度和泡沫铝填充薄壁结构的接触面的数值建模的实用性经验。对比试样
的变形模式、载荷—位移曲线、吸能量（AE）和比吸能量（SAE）。结果表明，在准静态压缩工况下，
截面形状对锥形泡沫铝试样和泡沫铝填充薄壁结构试样的吸能性能影响不大；锥形泡沫铝填充薄壁结
构的吸能性能优于对泡沫铝和铝合金薄壁结构的叠加吸能。

关键词: 汽车材料, 耐撞性, 功能密度梯度泡沫铝, 泡沫铝填充锥形管, 试验研究和数值研究

Abstract:

Comparative tests of uni-axial quasi-static compressive loading and numerical simulation analysis
were performed for functionally graded aluminum foam tapers, hollow tubes, and foam-filled tapers to utilize
this aluminum foam filled tapered sections of a vehicle crash-box. Practical conclusions on simulations of foam
density increase of functionally graded aluminum foam and interface fit of aluminum foam-filled structures are
presented. By comparing the deformation patterns, load vs. displacement curves, and absorbed energy (AE)
and specific absorbed energy (SAE) of the samples, the conclusions are obtained that the aluminum foam
cross-section shape of tapered aluminum foam filler and the foam-filled structures have limited influence on the
energy absorbing capacity under quasi-static uni-axial compression; and the energy absorbing capacity of an
aluminum foam-filled tapered section is greater than the combined energy capacity of individual aluminum foam
filler and thin-walled tapered section.

Key words: vehicle material, crashworthiness, functionally graded density aluminum foam, tapered foam-filled thin-walled tube, experimental and numerical study