[发明专利]一种负泊松比结构转向管柱的设计方法

摘要

本发明公开了一种负泊松比结构转向管柱及其设计方法，其中所述负泊松比结构转向管柱，包括：上管柱壳体；下管柱壳体，连接上管柱壳体；负泊松比结构填充内芯，同时设置在上管柱壳体和上述下管柱壳体的内部；转向管柱安装支架，用于固定至车身；转向管柱上支架，设置在上管柱壳体和转向管柱安装支架之间，用于承载上管柱壳体；转向管柱下支架，设置在下管柱壳体和转向管柱安装支架之间，用于承载下管柱壳体。本发明能够克服现有技术中转向管柱在汽车碰撞过程中吸收的能量有限、变形吸能机构复杂、结构的可靠性降低和成本较高等不足。

主权项

1.一种负泊松比结构转向管柱的设计方法，其特征在于，包括：1)根据转向管柱的形状特征，确定负泊松比结构填充内芯在X、Y、Z三个方向上的单元数，同时根据负泊松比结构的基本组成单元的设计参数关系，在Matlab中建立负泊松比结构填充内芯的参数化模型，通过更改设计参数来实现模型的建立；2)利用拉丁超立方采样方法生成样本点，然后基于负泊松比结构填充内芯的参数化模型求取响应值，从而建立初始近似模型；3)获取负泊松比结构填充内芯代理模型计算样本点并根据重要性将样本点进行分组，分成七组；4)根据负泊松比结构填充内芯代理模型计算分组后的各个样本点组中样本点的重要性及每个样本点组中样本点的数量多少，对样本点组赋予权值：式(2)中，ni表示第i组代理模型计算样本点组中样本点的个数；j表示某一特定样本点共在j个近似模型中出现的次数；K是代理模型计算样本点数量的n倍；根据计算的权值，在各负泊松比结构填充内芯代理模型计算样本点组中选择新的有限元模型计算样本点，七组样本组中选择的样本点数量分别为：ki＝round(ωi×m),i＝1,2,,7(4)式中，m为选择的计算样本点的个数；5)检验所选样本点是否达到最优：在选出新的有限元模型计算样本点后根据设计最优条件来验证上一步所选样本点是否达到最优，其中，满足负泊松比结构填充内芯设计最优的终止条件为：5个最大函数值的差值可以忽略不计时或者其中，fj是第j个最小的函数值，ε是初始指定的一个很小的常值；如果上述所选的样本点不能满足终止条件，则将新产生的有限元模型计算样本点和先前的样本点组成新的样本点组，然后重复寻优设计步骤，直到满足终止条件，从而使负泊松比结构填充内芯满足设计目标；6)基于最优的负泊松比结构设计参数，利用负泊松比结构参数化模型快速生成负泊松比结构填充内芯和转向管柱的有限元模型，进行汽车碰撞有限元分析从而对转向管柱设计的有效性进行验证。