轻量化波纹夹心板的刚度改进



轻量化波纹夹心板的刚度改进

传统的汽车车身由单片的钢或铝板制成，控制板材弯曲刚度的最重要设计因素是其厚度。然而，为了改进刚度而增加厚度会使整车质量增加。表面材料选取高模量/高强度材料而中间材料选取低密度/低模量的夹芯板相对于单片板具有更高的刚度质量比。研究了波纹夹芯板的轻量化概念和提高刚度的理念。表面和中间材料采用高强度钢、铝合金或者碳纤维复合物，中间波纹层的形状为三角形、梯形和矩形。分析了夹芯板的刚度并且与同质量的单片板做了比较。结果显示，夹芯板的刚度比单层板高5～7倍。

中间波纹层为不同形状夹芯板，其在单位均布载荷下的横向挠度是确定的，并与相同体积单层板的横向挠度进行比较。采用了一种分析方法，即将波纹夹芯板首先转变为等效的均匀板，然后利用能量法计算总体弯曲响应。等效均匀板的刚度计算要依据波纹夹层板总体响应时的均化过程。在刚度值确定后，即可得出面板总势能的数学表达式。通过使板材的总体势能最小化，可以获得最大横向变位形式的总体弯曲响应。

研究表明，波纹夹芯板相对于单层板不仅有更小的挠度，同时具备更大整体结构的刚度质量比。通过改变表层板的厚度、波纹几何结构和外形尺寸来获得更广泛的刚度质量比。这些夹芯板会非常适合车身板和车身结构部件，如车顶板和发动机罩。在上述应用中，防撞设计、振动和噪声传播同样需要重点考虑。由于夹层板的成本比单层板高，因此需要考虑成本问题，从而确定夹芯板在汽车应用中的增值效益成本比。

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

编译：陈健