车辆薄壁结构碰撞吸能特性分析与改进

摘要

有限元法已经广泛应用于车身结构设计中，本文利用LS-DYNA有限元软件对车身结构中常用的薄壁梁进行了正面和侧面碰撞特性分析和改进。在正面碰撞中分析了不同截面尺寸、焊接形式、诱导槽(形状、尺寸和位置)、加强板和侧壁倾角等因素对碰撞特性的影响；在侧面碰撞中分析了不同截面尺寸、改变壁厚和碰撞器形式等因素对杆件侧面碰撞特性的影响。通过对比分析，得出以下结论：在正面碰撞中，方形梁是一种较好的吸能梁选择形式、对称形式焊接中焊接因素对梁的碰撞性能影响最小、添加诱导槽可以明显减小碰撞中峰值力且三角形诱导槽是一种较理想的选择形式、添加加强板可以很好的提高梁的吸能能力且提高量要优于单纯加大梁的壁厚、锥形梁抵抗倾斜碰撞的能力要远大于直梁；在侧面碰撞中，增加梁在碰撞方向上的尺寸可以较好提高梁的侧面碰撞性能、增加壁厚可提高梁的侧面抗撞性但同时质量增加很多、不同碰撞器形式对碰撞结果并没有本质影响。此外，本文对某一简易保险杠进行了正面碰撞特性分析和保险杠试验法规模拟，结果表明：对于此简易保险杠，其前部结构吸能能力有些不足，通过结构改进提高了其吸能特性；保险杠试验法规模拟对检测保险杠性能有指导意义。同时，在保险杠正面碰撞模拟中发现：保险杠碰撞并未出现类似直梁碰撞中很高的峰值力，这说明对复杂结构分析的必要性。最后，本文对某一车门进行了侧面碰撞特性分析和改进。对于该车门，分析表明原结构抵抗侧面变形能力有些薄弱，通过加装防撞杆，其防侧撞性能得到提高。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1车辆被动安全性概述

1.1.1碰撞事故分类

1.1.2碰撞事故人员损伤机理和伤害指标

1.1.3碰撞法规

1.2课题研究的理论意义和实用价值

1.3 LS-DYNA简介

1.3.1 LS-DYNA中重要概念

1.3.2 LS-DYNA中单元介绍

1.3.3 LS-DYNA中的材料

1.3.4 LS-DYNA的前后处理

2矩形薄壁梁的正面碰撞特性分析

2.1方形梁的碰撞分析

2.1.1单元、材料选取和实常数确定

2.1.2网格划分

2.1.3其它参数设置

2.1.4碰撞变形过程及结果数据

2.1.5结果分析

2.2不同截面形式对碰撞特性的影响

2.2.1梁的截面尺寸

2.2.2结果数据

2.2.3结论

2.3焊接形式对碰撞特性的影响

2.3.1梁的焊接形式

2.3.2变形结果比较

2.3.3结论

2.4诱导槽对碰撞特性的影响

2.4.1诱导槽形式选择

2.4.2诱导槽位置的影响

2.4.3诱导槽深度的影响

2.5梁的吸能特性改进

2.5.1梁的截面尺寸

2.5.2结果比较

2.6梁抗倾斜碰撞设计

2.6.1方形直梁倾斜碰撞分析

2.6.2锥形梁倾斜碰撞分析

2.7结论

3矩形梁的侧面碰撞特性分析

3.1方形梁的侧面碰撞模拟

3.1.1单元、材料选取和实常数确定

3.1.2约束条件和网格划分

3.1.3其它参数设置

3.1.4碰撞过程及结果数据

3.1.5侧面碰撞机理分析

3.2截面形状的影响

3.2.1截面尺寸

3.2.2结果分析

3.2.3结论验证

3.3壁厚的影响

3.4梁长度影响

3.5碰撞器形状影响

3.6焊接形式的影响

3.7方形梁侧面碰装特性改进

3.8结论

4简易保险杠碰撞特性分析和改进

4.1保险杠正面刚性墙碰撞分析

4.1.1单元、材料选取和实常数确定

4.1.2几何模型建立和网格划分

4.1.3其它参数设定

4.1.4模拟结果与结果分析

4.1.5保险杠吸能特性改进

4.2保险杠试验法规模拟

4.2.1法规要求

4.2.2原型保险杠模拟

4.2.3改进后碰撞模拟

4.2.4保险杠轻量化设计

4.3结论

5车门侧面碰撞特性分析

5.1原车门结构侧面碰撞特性分析

5.1.1单元、材料选取和实常数确定

5.1.2网格划分

5.1.3其它参数设定

5.1.4碰撞变形过程及结果数据

5.1.5结果分析

5.2车门结构改进方案一

5.2.1改进措施

5.2.2改进前后结果比较

5.3车门结构改进方案二

5.3.1改进措施

5.3.2与方案一结果比较

5.4车门结构改进方案三

5.4.1改进措施

5.4.2改进前后结果比较

5.5结论

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢