基于聚氨酯管的台车碰撞缓冲吸能装置研究

摘要

台车碰撞试验是研究汽车被动安全性能的重要方法，其通过复现特定波形对固定在台车上的汽车安全系统进行性能评价，这种试验重复性好且有较高效益成本比。碰撞缓冲吸能装置是台车碰撞试验的关键部件，不仅需要吸收台车碰撞过程中产生的能量，还要保证试验台车的减速度曲线满足相关法规要求或特定实车车型的减速度曲线要求。因此，为了更好地开展被动安全研究领域的台车试验，有必要研究和开发重复性好、成本低以及可调波形的台车碰撞吸能缓冲装置。
　　本文以满足不同汽车安全法规的减速度曲线要求为目标，首先通过分析、对比国内外台车缓冲吸能装置的类型、原理、特点并结合本实验室现有设备条件，设计了两套以聚氨酯管为核心吸能元件的缓冲吸能装置（方案一台车冲击导向滑车;方案二台车冲击连接杆）。其次对该缓冲吸能试验装置进行了试制并开展了多组台车试验探究两套试验装置能否满足试验强度要求并复现类似法规减速度波形。然后利用台车试验数据建立了台车与缓冲吸能装置的有限元仿真模型并进行了验证，通过聚氨酯单轴压缩试验获得了在工程上应用广泛且预测精度较高的聚氨酯材料本构模型Mooney-Rivlin中的关键参数。最后，研究了台车质量、橄榄头最大外径以及连接杆根数对减速度波形的影响，优化了台车前端缓冲橡胶垫的硬度并调试出满足不同汽车安全法规要求的多组减速度波形。
　　研究结果表明:基于聚氨酯管为核心吸能元件的两套缓冲吸能装置基本能够满足试验强度要求，但方案二所产生的减速度波形干扰波更少，因此确定方案二试验装置用于后续研究;基于方案二建立的有限元仿真模型具有有效性且优化缓冲橡胶垫后的仿真模型能够调试出满足汽车安全法规要求的减速度波形。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 汽车被动安全性研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 台车缓冲吸能装置国内外研究现状

1．3．1 发射型缓冲吸能装置

1．3．2 冲撞式缓冲吸能装置

1．3．3 反弹式缓冲吸能装置

1．4 本文研究的主要内容

第2章 基于聚氨酯管的缓冲吸能装置设计

2．1 引言

2．2 台车碰撞缓冲吸能装置总体设计

2．3 吸能装置零部件设计

2．3．1 导向滑车与可移动支座

2．3．2 橄榄头

2．3．3 连接杆

2．3．4 聚氨酯吸能管

2．3．5 套管装置

2．4 本章小结

第3章 基于聚氨酯管的缓冲吸能装置试验研究

3．1 引言

3．2 试验准备

3．2．1 试验台车与数据采集仪

3．2．2 高速摄像系统与速度测量仪

3．2．3 加速度传感器安装

3．3 台车碰撞试验分析

3．3．1 方案一(台车冲击导向滑车)

3．3．2 方案二(台车冲击连接杆)

3．3．3 两种设计方案结果对比

3．4 聚氨酯吸能管利用重复性验证

3．5 本章小结

第4章 基于聚氨酯管的缓冲吸能装置仿真模型的建立与验证

4．1 引言

4．2 聚氨酯橡胶材料模型的建立

4．2．1 聚氨酯橡胶的特性分析

4．2．2 聚氨酯橡胶材料模型以及模型参数的确定方法

4．2．3 聚氨酯材料力学试验

4．2．4 聚氨酯橡胶本构模型参数的确定

4．3 仿真模型的建立

4．3．1 定义单元类型

4．3．2 材料属性定义

4．3．3 接触问题

4．3．4 约束问题

4．4 有限元模型的验证

4．5 本章小结

第5章 基于聚氨酯管的缓冲吸能装置对法规波形的复现效果

5．1 引言

5．2 法规要求减速度波形特性

5．3 减速度波形的影响因素

5．4 仿真模型中橡胶缓冲垫设计

5．5 复现法规要求减速度波形

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果