基于LS-DYNA的汽车前纵梁碰撞吸能特性分析及其优化设计

摘要

近年来由交通事故引起的伤亡人数不断增加使得汽车厂家和消费者对汽车安全问题的重视程度越来越高。随着消费者的安全观念日益增强,汽车厂家在汽车的设计和研发方面也将安全放在了非常重要的位置。因此,汽车安全已成为当今汽车工程领域亟待完善的研究领域,并且得到了社会的高度关注。
　　由于实车碰撞试验受到时间长和费用高等限制,一般只做少量的验证性试验。在实际产品设计中,大量采用有限元分析的方法来代替碰撞试验,并且有研究结果表明,利用非线性动力学分析软件LA-DYNA进行碰撞模拟仿真与实车碰撞试验的结果吻合良好,可以有效地替代实车碰撞试验进行碰撞分析。
　　汽车发生正面碰撞时,主要由车身前部的塑性变形来吸收碰撞能量,其中起重要作用的是前纵梁,70％以上的汽车碰撞能量由前纵梁吸收才能保证驾驶室尽可能完整。理想的前纵梁设计应该能够充分利用前纵梁的塑性变形来吸收汽车碰撞中的大部分能量。汽车前纵梁通常可以简化为薄壁结构,因此,研究薄壁结构的碰撞变形吸能特性在汽车前纵梁设计中具有重要的意义。
　　为了使汽车前纵梁在碰撞过程中能够吸收更多的能量,本文主要研究不同焊点间距、板厚和材料特性等偏差的汽车前纵梁的碰撞吸能特性,综合考虑了全面碰撞和偏置40％碰撞前纵梁的综合吸能特性,并且针对前纵梁的不同截面形状、板厚、焊点间距、焊点直径和偏转角度等设计变量,建立了前纵梁碰撞的有限元分析模型,并利用有限元软件LS-DYNA和响应曲面优化算法,进行了碰撞模拟仿真和优化设计,从而得出了碰撞吸能特性最优的汽车前纵梁。

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Contents

第1章 绪论

1.1 课题的来源和背景

1.2 汽车碰撞研究方法

1.3 汽车碰撞国内外研究现状

1.4 本课题的研究目的和内容

1.5 本章小结

第2章 基于不同焊点间距及各类误差的汽车前纵梁碰撞仿真分析

2.1汽车前纵梁碰撞模型的建立

2.2碰撞过程

2.3 计算结果分析

2.4 本章小结

第3章 基于不同截面汽车前纵梁碰撞性能比较

3.1 不同截面汽车前纵梁简化模型

3.2 结果分析

3.3 本章小结

第4章 保险杠与前纵梁组合部件的碰撞仿真分析

4.1 正面100%碰撞仿真模型的建立

4.2 各种截面前纵梁薄壁机构有限元模型的正面100 %碰撞过程仿真

4.3 正面100 %碰撞结果分析

4.4 汽车偏置40%碰撞前纵梁仿真分析

4.5 本章小结

第5章 汽车前纵梁碰撞吸能特性的优化设计

5.1 汽车纵梁的结构碰撞分析模型

5.2 现行的长方形断面纵梁结构的碰撞分析

5.3 优化方法及总体流程

5.4 汽车纵梁结构的碰撞特性优化设计

5.5 本章小结

第6章 考虑碰撞方向偏差的汽车前纵梁吸能特性的健壮性设计

6.1 健壮性设计评价指标

6.2 现行的长方形断面纵梁结构的健壮性分析

6.3 焊点间距、板厚对不同边数N纵梁结构碰撞特性的影响

6.4 汽车纵梁结构的健壮性优化设计

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢