新型车用缓冲装置设计与3D打印开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

一、负泊松比结构材料

现如今，随着科技的发展进步，不同材料的材料特性可以通过修改其几何形状或结构来定制，因此许多智能材料已经根据这个概念被开发出来。泊松比定义是横向应变与纵向应变之比，负泊松比材料和结构是一类具有拉伸膨胀特性的新型材料。负泊松材料由于其许多不同寻常的新颖特性而受到关注，这些特性可以通过其负泊松比来增强。1987年，lakes报道了第一次制造具有负泊松比的泡沫。ke evans创造了“auxetics”一词，从希腊语“auxetos”意为“可拉伸膨胀”。基于变形机理，负泊松比多孔结构可分为：内凹型、手性、旋转单元。在拉力的作用下，材料的机械性能可以改进，例如断裂韧性，耐压痕性等。为了开发负泊松比材料特性，已经在医疗，体育，汽车，国防等领域探索了负泊松比材料的几种潜在应用。负泊松比材料和结构的设计和建模仍在进行中。多数文献提出了负泊松比多孔结构，但很少有成功的实验验证以实现其在实践中的应用。sun和pugno将内凹蜂窝结构卷成圆管状以提高抗拉强度，却没有研究压缩性能，这正是本文即将研究的。负泊松比材料仍处于开发阶段，仍需要深入研究。在杨智春的文章中，负泊松比结构现在存在的主要问题是不能大规模生产，生产也存在着效率低、性能差、成本高的缺点，这也是需要更多更深入研究的问题。其他问题包括刚度不足、负泊松比纤维、以及仍需要将理论知识猜想引入实际应用中的工作。

二、汽车缓冲块

2. 研究的基本内容与方案

一、目标与基本内容

材料的负泊松效应会产生刚度增强、缓冲吸能的优异特性。总结归纳到目前为止人们发现和提出的具有负泊松比的各种典型结构，最终选择一种经典负泊松比结构（内凹4阶旋转对称星形变体结构），将其与传统车用缓冲装置相结合，设计出新型缓冲装置截面结构，并与聚氨酯缓冲块进行对比，分析结构参数对负泊松比缓冲块力学性能的影响。并利用增材制造技术来实现负泊松比结构的应用。传统聚氨酯缓冲块的结构限制整车的平顺性更进一步。为了提升整车的平顺性，设计出负泊松比新型结构，建模并进行有限元分析，对模型进行力学性能分析，与传统聚氨酯缓冲块进行对比，以将其应用到汽车悬架缓冲块，获得更好的载荷位移特性曲线。本论文以提高汽车nvh性能为目标，选择一种经典负泊松比结构（内凹4阶旋转对称星形变体结构），运用到悬架缓冲块上，分析结构参数与力学性能，对比聚氨酯缓冲块，得到结论。

二、拟采用的技术方案及措施

3. 研究计划与安排

第1-2周：理论知识的学习：调研负泊松比典型结构及力学性能和汽车缓冲块的科研文献，翻译文献three decades of auxetics research materialswith negative poisson's ratio；

第3周：撰写开题报告；熟悉abaqus软件，练习算例，熟悉掌握有限元分析步骤，收集有限元相关力学知识、资料；

第4-8周：利用abaqus，以传统、典型负泊松比结构等为基础，进行典型、相应仿生负泊松比结构缓冲块设计建模及有限元分析，对分析结果进行数据分析处理，完成中期检查，以及阶段性成果报告；

4. 参考文献（12篇以上）

1. liu, j. et al. fabrication, dynamic properties andmulti-objective optimization of a metal origami tube with miura sheets.thinwall struct144, 106352 (2019).

2. saxena, k.k., das, r. calius, e.p. three decades ofauxetics research - materials with negative poisson's ratio: areview.adv eng mater18,1847-1870 (2016).

3. prawoto, y. seeing auxetic materials from the mechanicspoint of view: a structural review on the negative poisson’s ratio.compmater sci58, 140-153 (2012).