泡沫铝夹层板在汽车侧碰耐撞性中的应用研究

摘要

近些年来，侧面碰撞事故已经超过正面碰撞事故，成为汽车交通事故的主要形式。侧面碰撞事故发生时，往往由于汽车侧面结构缓冲空间较小，耐撞性能较差，导致碰撞发生后不能保证乘员的生存空间，造成人员伤亡严重。为了提升汽车在侧碰事故中的耐撞性能，本文研究了将泡沫铝夹层板材料应用于车身部件上的方法，并且通过结构尺寸优化，提升了汽车侧碰耐撞性。
　　为了研究汽车在侧碰事故中的耐撞性能，本文根据对汽车安全法规的研究，建立了以ECE R95为标准的汽车侧碰仿真试验。通过对汽车侧碰仿真试验的结果研究发现，B柱在汽车侧碰发生时是承受碰撞力的主要车身部件，并且B柱还是车门、门槛和车顶的重要承载部件。因此，可以通过提高B柱的耐撞性来提升整车的侧碰耐撞性能。
　　为了研究泡沫铝夹层板材料性能及其有限元模型的建模方法，试制了泡沫铝材料以及泡沫铝夹层板材料的样品。通过准静态压缩试验，发现泡沫铝材料和泡沫铝夹层板材料均在弹性变化结束后呈现一段屈服平台期。并且，通过试验发现泡沫铝夹层板材料屈服平台期要高于泡沫铝材料。根据试验测定的泡沫铝材料的应力应变曲线，在 LS-DYNA中建立了泡沫铝材料的有限元模型，选用固连的方式模拟芯体和外板的连接，建立了泡沫铝夹层板模型。通过泡沫铝夹层板有限元模型的压缩仿真试验得到应力应变曲线与实际压缩试验得到的应力应变曲线的对比，确定建模方法的有效性。
　　为了提高车身B柱的耐撞性能，采用泡沫铝夹层板材料对车身B柱重新建模，建立了以泡沫铝夹层材料为外板的B柱有限元模型。选取B柱结构的尺寸为设计变量，根据试验设计采集的样本点建立优化问题的近似模型。对比近似模型精度选用神经网络径向基模型，通过序列二次规划算法与多岛遗传算法相结合的组合优化策略，对B柱尺寸进行优化。经过材料改进和尺寸优化后的结果显示：B柱最大入侵量减少9.5%，入侵速度减少了4.9%，B柱质量减少了2.5%。最后，本文通过汽车顶部耐压仿真试验，验证了改进后的B柱未造成汽车车顶抗压性能的下降，反而提升了一定的抗压性能。
　　本文研究表明，将泡沫铝夹层板材料应用于汽车车身B柱结构中可以提高汽车整车侧碰耐撞性和汽车车顶抗压性能，并且可以减轻车身质量，为泡沫铝夹层板材料在车身耐撞性提升方面的应用做出了贡献。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 基于Ford Taurus轿车的侧碰耐撞性分析

2.1 汽车碰撞有限元理论研究

2.2 侧碰仿真过程中的关键问题研究

2.3 汽车侧碰仿真模型的建立

2.4 基于侧碰的汽车耐撞性分析

2.5 本章小结

第3章 泡沫铝夹层板有限元模型建立及试验验证

3.1 泡沫铝材料性能测定及研究

3.2 泡沫铝夹层板有限元模型的建立

3.3 泡沫铝夹层板有限元模型试验验证

3.4 本章小结

第4章 基于汽车侧碰的B柱优化设计

4.1 B柱夹层结构设计

4.2 B柱尺寸优化试验设计

4.3 B柱尺寸优化的近似模型建立

4.4 基于组合优化策略的B柱尺寸优化

4.5 汽车顶压性能验证

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

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致谢