汽车车门防撞梁结构改进与优化

摘要

随着我国经济的快速发展，国内汽车的保有量日益增多，汽车碰撞交通事故随之增加，在众多的碰撞事故中，汽车侧碰因其更容易伤及乘员而更加让人关注；同时，国际社会对汽车的安全性要求越来越高，国产汽车更加需要突破汽车安全技术瓶颈以拓展国际市场。因此，对汽车碰撞安全性能以及车内乘员保护的研究意义重大。
　　 本文以汽车车门重点防撞击部件(防撞梁，又称防撞杆)为研究对象。分析了改善防撞梁抗撞击性能的可能方式，结合美国联邦机动车安全碰撞标准(FMVSS214)和相关汽车静态碰撞强度实验要求，建立了四种优化方案进行对比寻优，采用现代自动优化设计方法完善防撞梁结构。具体研究内容如下：
　　 首先，研究有限元仿真建模关键技术，基于FMVSS214碰撞标准和汽车碰撞静态实验要求建立车门碰撞系统，利用现代主流碰撞仿真软件搭建高效可行的有限元仿真平台。通过对车门模型有效性验证，证明了搭建的有限元仿真平台是高效的，车门碰撞仿真系统是合理的。
　　 其次，基于车门仿真碰撞系统建立简化的防撞梁碰撞系统。以方形截面防撞梁为研究对象，提出防撞梁性能评价方法，探索了四种防撞梁优化设计方案，分别为壁厚增加方案、梁截面梯形方案、梁壁强化槽设计方案以及梁截面顶边与梁壁大圆角设计方案。重点从比吸能(SEA，Specific Energy Absorption)、抗碰撞力和防撞梁轻量化的角度对四种设计方案进行对比筛选。最终选出梁截面梯形方案和截面项边与梁壁大圆角设计方案为较理想的设计方案。
　　 最后，结合两种优选出的设计方案，选用梯形截面梁。以圆角半径为优化因素，利用均分法进行单因素实验设计，获取圆角半径18个样本点，采用移动最小二乘法建立圆角半径与比吸能之间的近似数学模型。并且借助可行方向法对所建立的近似数学模型进行迭代寻优，获取最优的圆角半径，并对优化结果进行仿真计算验证。最后将优化结果与初始模型进行数据对比分析。