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汽车吸能盒在发生低速碰撞时可以有效地吸收碰撞能量,降低其他高成本部件如前纵梁的损坏几率,同时更好地保护车内人员。因此吸能盒的性能决定了汽车低速碰撞时的安全性和维修成本。为了更方便地设计和制造具有目标性能的吸能盒,本文利用3D打印技术中材料可设计性的优势,研究了吸能盒“材料-结构-性能”一体化设计方法,以吸能盒所需的性能为目标,在吸能盒满足此性能时反推出所需的材料与结构参数,并在此基础上继续优化吸能盒性能,计算出性能更优时的材料与结构参数。在吸能盒材料方面,本文对碳纤维3D打印材料展开研究,研究了碳纤维+尼龙的3D打印复合材料的前期制备方法和3D打印流程,通过材料力学试验测出5%-15%碳纤维含量下的3D打印材料力学参数,并根据参数的变化规律总结出材料的性能模型。在吸能盒结构方面选用蜂窝结构,通过试验与仿真对标建立了正确的蜂窝结构有限元模型,验证了3D打印材料参数的正确性。选取4种蜂窝结构,推导出蜂窝结构的相对密度公式,利用CAD参数化方法控制4种蜂窝结构相对密度保持相同,利用有限元模型模拟蜂窝结构的面内压缩并比较吸能性。结果表明Kagome蜂窝在本文的材料下吸能表现在4种蜂窝结构中最佳,并确定了该蜂窝结构作为汽车吸能盒结构。进行吸能盒材料-结构-性能一体化设计,对Kagome蜂窝进行了敏感度分析找出关键设计变量,并总结出Kagome蜂窝主要的吸能形式与材料和结构参数对于吸能性的影响趋势。以某吸能盒的比吸能作为目标性能,利用Isight联合CATIA与ABAQUS软件建立以结构与材料参数为设计变量的响应面模型,通过NSGA-II遗传算法得到本文吸能盒达到目标性能时材料与结构的参数。并在此基础上对吸能盒性能进一步优化,优化后的吸能盒满足RCAR低速碰撞标准且质量更小、比吸能更高。本文的研究表明:采用3D打印技术可以引入材料设计变量实现吸能盒的材料-结构-性能一体化设计;利用材料-结构-性能一体化设计方法可以在吸能盒达到目标性能的情况下反推出所需的材料、结构参数,为吸能盒设计拓展了思路。