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輕量化波紋夾心板的剛度改進(jìn)

傳統(tǒng)的汽車車身由單片的鋼或鋁板制成，控制板材彎曲剛度的最重要設(shè)計(jì)因素是其厚度。然而，為了改進(jìn)剛度而增加厚度會使整車質(zhì)量增加。表面材料選取高模量/高強(qiáng)度材料而中間材料選取低密度/低模量的夾芯板相對于單片板具有更高的剛度質(zhì)量比。研究了波紋夾芯板的輕量化概念和提高剛度的理念。表面和中間材料采用高強(qiáng)度鋼、鋁合金或者碳纖維復(fù)合物，中間波紋層的形狀為三角形、梯形和矩形。分析了夾芯板的剛度并且與同質(zhì)量的單片板做了比較。結(jié)果顯示，夾芯板的剛度比單層板高5～7倍。

中間波紋層為不同形狀夾芯板，其在單位均布載荷下的橫向撓度是確定的，并與相同體積單層板的橫向撓度進(jìn)行比較。采用了一種分析方法，即將波紋夾芯板首先轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У木鶆虬?，然后利用能量法?jì)算總體彎曲響應(yīng)。等效均勻板的剛度計(jì)算要依據(jù)波紋夾層板總體響應(yīng)時(shí)的均化過程。在剛度值確定后，即可得出面板總勢能的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過使板材的總體勢能最小化，可以獲得最大橫向變位形式的總體彎曲響應(yīng)。

研究表明，波紋夾芯板相對于單層板不僅有更小的撓度，同時(shí)具備更大整體結(jié)構(gòu)的剛度質(zhì)量比。通過改變表層板的厚度、波紋幾何結(jié)構(gòu)和外形尺寸來獲得更廣泛的剛度質(zhì)量比。這些夾芯板會非常適合車身板和車身結(jié)構(gòu)部件，如車頂板和發(fā)動機(jī)罩。在上述應(yīng)用中，防撞設(shè)計(jì)、振動和噪聲傳播同樣需要重點(diǎn)考慮。由于夾層板的成本比單層板高，因此需要考慮成本問題，從而確定夾芯板在汽車應(yīng)用中的增值效益成本比。

Pankaj K. Mallick et al. SAE 2014-01-0808.

編譯：陳健