冲压效应对碰撞性能及耐撞性优化设计的影响研究

摘要

汽车车身耐撞性和轻量化是当今汽车工程领域具有社会、经济意义的研究热点。将冲压效应引入到碰撞仿真和耐撞性优化设计中，提高碰撞仿真的精度和优化设计的可靠性，具有重要的工程和实际意义。本文基于网格变量映射方法，研究了冲压效应对碰撞性能及耐撞性优化设计的影响，具体研究内容为:
　　首先，从理论上研究了将冲压效应引入碰撞仿真的方法，对基于等参元逆变换的网格变量映射算法做了详细的介绍。将板料冲压后的网格变量精确映射于碰撞仿真分析模型中，为后面考虑冲压效应的前防撞梁碰撞仿真及考虑冲压效应的前防撞梁耐撞性优化提供了理论和算法基础。
　　其次，采用网格变量映射方法，将冲压效应引入到建立的前防撞梁低速碰撞仿真模型中，在比较冲压模型与碰撞模型之间的变量以确定映射准确性后，进行不同情况下的碰撞分析:包括不考虑冲压效应、考虑两种冲压效应、仅考虑厚度变化以及仅考虑等效塑性应变。分析结果表明，冲压效应对碰撞性能有比较显著的影响，厚度不均和等效塑性应变对碰撞性能的影响在一定程度上互相抵消，等效塑性应变影响要稍大一些。
　　最后，为了研究冲压效应对耐撞性优化设计的影响，以前防撞梁为例，将冲压效应引入到碰撞仿真中，在精确的碰撞仿真基础上进行耐撞性优化，对比研究了考虑冲压效应和不考虑冲压效应的耐撞性优化。采用均匀拉丁方试验设计与响应面方法，对前防撞梁的截面尺寸进行优化，并对优化结果进行仿真分析。结果表明，相对于不考虑冲压效应的结果，考虑冲压效应优化得到的前防撞梁，侵入量与峰值力变化不大，而比吸能有一定程度的增加。
　　本文基于网格变量映射方法实现了冲压与碰撞的耦合仿真，并进行了考虑冲压效应的前防撞梁耐撞性优化，对提高汽车碰撞仿真分析精度具有重要的指导意义，为耐撞性优化设计提供了一种参考。

目录

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摘要

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附表索引

论文主要符号参阅表

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外相关领域的研究现状

1．2．1 冲压碰撞耦合分析的研究

1．2．2 汽车前保险杠耐撞性的发展

1．3 本文的主要研究内容

第2章 冲压与碰撞耦合仿真分析理论基础

2．1 有限元仿真模拟算法

2．1．1 有限元动力显式算法

2．1．2 动力显式算法的稳定条件和时间步控制

2．1．3 接触-碰撞数值计算方法

2．2 有限元分析中常用的材料模型

2．3 常用的屈服准则

2．3．1 Von Mises屈服准则

2．3．2 Hill屈服准则

2．3．3 Barlat屈服准则

2．4 材料的硬化模型

2．4．1 等向硬化

2．4．2 随动硬化

2．4．3 混合硬化

2．5 应变率效应

2．6 本章小结

第3章 网格变量映射算法

3．1 概述

3．2 网格变量映射算法

3．2．1 冲压模型节点变量的生成

3．2．2 碰撞模型网格节点定位

3．2．3 网格模型之间的变量插值

3．3 网格变量映射算法流程

3．4 本章小结

第4章 考虑冲压效应的碰撞仿真分析

4．1 概述

4．2 板料冲压仿真分析

4．2．1 冲压仿真分析建模

4．2．2 成形结果分析

4．3 碰撞仿真建模

4．3．1 碰撞仿真分析建模技术

4．3．2 碰撞仿真模型的建立

4．4 冲压模型与碰撞模型变量比较

4．5 传统模型与考虑冲压效应的碰撞模型对比分析

4．5．1 前防撞梁低速碰撞耐撞性评价方法

4．5．2 碰撞结果对比分析

4．6 本章小结

第5章 冲压效应对耐撞性优化设计的影响

5．1 概述

5．2 设计变量及优化模型

5．3 均匀拉丁方试验设计

5．3．1 试验设计方法简介

5．3．2 均匀拉丁方试验设计

5．4 响应面的建立

5．4．1 常用的代理模型方法

5．4．2 响应面法及误差估计准则

5．4．3 响应面的建立

5．5 优化分析及结果验证

5．5．1 遗传算法及多岛遗传算法

5．5．2 优化分析及优化结果验证

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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