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柔性车辆约束系统稳健性设计及试验方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 本课题的研究背景及意义

1.2.1 研究背景

1.2.2 研究的意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外柔性护栏发展状况

1.3.2 国内柔性护栏发展状况

1.4 主要研究内容

第二章 柔性车辆约束系统整体结构设计

2.1 有限元模型建立及实车试验验证分析

2.1.1 10t客车有限元模型验证分析

2.1.2 1.5 t小轿车有限元模型验证分析

2.2 柔性车辆约束系统立柱结构及钢索布局研究

2.2.1 立柱结构设计

2.2.2 钢索布局设计

2.3 柔性车辆约束系统正交试验设计

2.3.1 试验条件及评价标准

2.3.2 试验因素及水平选取

2.3.3 试验结果及分析

2.3.4 最优结果验证及分析

2.4 本章小结

第三章 柔性车辆约束系统端部锚固设计

3.1 端部锚固有限元模型建立

3.1.1 端部锚固材料模型、外形及几何尺寸的确定

3.1.2 端部锚固各部分材料本构模型选择

3.1.3 端部锚固各接触界面研究分析

3.2 端部锚固载荷施加方法

3.2.1 端部锚固所受载荷大小的确定

3.2.2 端部锚固载荷的施加方式

3.3 端部锚固正交试验设计

3.3.1 试验条件及评价标准

3.3.2 试验因素及水平选取

3.3.3 试验结果及分析

3.3.4 最优结果验证及分析

3.4 本章小结

第四章 柔性车辆约束系统防撞端头设计

4.1 防撞端头基于混合元胞自动机的优化算法简述

4.1.1 防撞端头优化目标

4.1.2 防撞端头设计变量

4.1.3 防撞端头优化方法

4.2 防撞端头拓扑优化

4.2.1 防撞端头拓扑优化模型建立

4.2.2 防撞端头拓扑优化过程分析

4.3 防撞端头整体结构设计

4.3.1 防撞端头最优拓扑构型选择

4.3.2 防撞端头吸能盒单元约束结构设计

4.4 防撞端头关键部分尺寸确定及验证

4.4.1 防撞端头关键部分尺寸的确定

4.4.2 防撞端头五种碰撞工况验证分析

4.5 本章小结

第五章 柔性车辆约束系统多目标稳健性设计

5.1 多目标稳健性设计概述

5.2 多目标稳健性设计方法的确定

5.2.1 田口稳健性参数设计

5.2.2 基于满意度函数的多目标优化法

5.2.3 建立基于S/N的多目标稳健性设计模型

5.3 柔性车辆约束系统的多目标稳健性设计

5.3.1 试验因子与质量特征值的确定

5.3.2 多目标稳健性优化试验方案设计

5.3.3 多目标稳健性优化设计最优组合

5.3.4 优化结果对比分析

5.4 本章小结

第六章 柔性车辆约束系统试验方法研究

6.1 不同长度柔性车辆约束系统试验数据误差对比

6.2 柔性车辆约束系统碰撞试验变态模型的建立

6.2.1 基于冲击载荷下的几何变态模型

6.2.2 护栏碰撞试验变态模型的建立

6.3 柔性车辆约束系统长度变态模型试验方法研究

6.3.1 大客车-护栏碰撞试验长度变态试验模型确定

6.3.2 小轿车和货车碰撞试验长度变态试验模型确定

6.3.3 大客车-护栏试验长度变态模型验证

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

限于现有的设计手段及试验方法,柔性车辆约束系统在端头防撞、整体安全性能稳健性及试验成本控制方面一直存在着不足,因而导致柔性车辆约束系统一直未能在我国得到推广应用。
  本文以提升柔性车辆约束系统安全性能稳健性及降低试验成本为目标,研究设计了一套交叉缠绕式柔性车辆约束系统,其中包括对其端部锚固系统及防撞端头的设计。并以此柔性车辆约束系统为基础,针对柔性车辆约束系统安全性能稳健性不足及试验成本过高的问题,分别提出了针对柔性车辆约束系统的多目标稳健性设计方法及长度变态模型试验方法。
  首先,根据我国道路环境及实际需求,对柔性车辆约束系统的立柱结构和钢索布局进行设计,并结合有限元仿真和正交试验设计方法对其尺寸进行了优化及验证;在此基础上,建立柔性车辆约束系统端部锚固系统的有限元分析模型,根据我国试验条件结合正交试验设计方法对锚固系统尺寸进行优化设计,得到了最优尺寸组合;同时,运用动态耐撞性拓扑优化方法,对柔性车辆约束系统的防撞端头进行了拓扑优化,得到了具备轻量化和小型化的高防护等级柔性车辆约束系统防撞端头。
  其次,通过分层次的方案确定了针对柔性车辆约束系统的多目标稳健性设计方法—基于S/N与满意度函数的多目标稳健性设计方法;并应用该方法,建立相应的柔性车辆约束系统多目标稳健性设计模型,对柔性车辆约束进行多目标稳健性设计;通过对设计前后的结果进行对比分析表明,该方法能够较好的解决柔性车辆约束系统安全性能稳健性不足的问题。
  最后,基于冲击载荷下几何变态模型确定了针对柔性车辆约束系统对其长度变态模型试验方法进行了研究,并最终得到了该柔性车辆约束系统的长度变态试验模型如下:大客车-护栏碰撞试验护栏长度变态模型为AX=AX50/0.38、AY=AY50/0.55、AZ=AZ50/0.57、S=S50/0.42;小轿车-护栏碰撞试验护栏长度变态模型为AX=AX50/0.65、AY=AY50/0.88、AZ=AZ50/0.63、S=S50/0.48;货车-护栏碰撞试验护栏长度变态模型为AX=Ax50/0.49;AY=AY50/0.6;AZ=AZ50/0.39;S=S50/0.42。

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