汽车低速正面碰撞仿真分析及吸能部件设计

摘要

现在汽车碰撞安全测试中，大部分是对高速碰撞的研究，但随着我国汽车工业的迅速发展，汽车保有量的快速增加，低速碰撞的情况越来越多，尤其多发生于交通发达的城市当中，而且对低速碰撞的研究有利于提高汽车的使用寿命，提高汽车的性价比，降低汽车维修保养的费用，节省汽车使用周期中的成本，提高汽车安全性能。 本文首先选择以某款SUV车型为原型的整车有限元模型，进行模型有效性的验证;依据IIHS低速正面碰撞法规，建立低速完全正面碰撞仿真模型，通过观测和分析碰撞后主要部件的塑性应变并结合IIHS低速碰撞法规的相关标准，确立了以冷凝器、散热器和前纵梁的有效塑性应变为判断标准，通过分析仿真实验结果，判断原模型不符合IIHS低速碰撞法规的相关标准;在分析保险杠各部件吸能之后，根据实际车辆的尺寸，在保险杠加强筋与前纵梁之间设计增加吸能盒，以此来增加保险杠系统的能量吸收，吸能盒以SIMP变密度法来进行拓扑优化设计，并且对保险杠加强筋进行适当的厚度优化;最后对优化后的模型根据IIHS低速碰撞法规来进行碰撞试验仿真模拟，验证重新设计的保险杠吸能系统的科学性和有效性。 根据本次研究结果表明:通过增加加厚保险杠加强筋的厚度，保险杠吸能效果提高18.1％，增加吸能盒后的保险杠系统吸能效果提高16.85％;在对保险杠系统进行优化之后，冷凝器、散热器的有效塑性应变降低22.5％，前纵梁的有效塑性应变降低41％，相关数据符合IIHS低速碰撞法规要求。根据本次研究结果可以说明，增加吸能盒可以有效的提高保险杠系统的吸能效果，对汽车保险杠系统进行优化，可以降低在低速碰撞过程中汽车重要工作部件的损坏程度，减少汽车维修过程中因碰撞带来的费用。也为我国汽车安全领域目前还未完善的低速碰撞安全性的研究提供了一定的理论依据和技术支持。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题提出

1．1．1课题背景

1．1．2研究目的和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1国外汽车碰撞研究现状

1．2．2国外汽车碰撞安全法规发展现状

1．2．3国内汽车碰撞研究现状

1．2．4国内汽车碰撞安全法规发展现状

1．3汽车低速碰撞法规

1．4研究内容和章节安排

第2章整车碰撞仿真理论及吸能部件设计理论方法

2．1有限元理论

2．1．1非线性动态有限元描述

2．1．2汽车碰撞过程中的非线性

2．1．3有限元控制方程

2．1．4边界条件

2．1．5时间积分和时间步长控制

2．1．6沙漏的控制

2．1．7接触算法

2．2拓扑优化基本理论

2．2．1连续体拓扑优化设计

2．2．2基于SIMP变密度法的拓扑优化方法

2．3汽车吸能部件设计理论与方法

2．3．1汽车吸能部件的设计理论

2．3．2汽车吸能部件的设计方法

2．4本章小结

第3章整车有限元模型的有效性验证

3．1整车有限元模型建立

3．2整车有限元模型的有效性验证

3．2．1正面碰撞试验

3．2．2侧面碰撞验证

3．2．3偏置碰撞验证

3．3本章小结

第4章整车低速正碰仿真实验分析

4．1基于IIHS法规的完全正面碰撞仿真

4．1．1 IIHS低速正面碰撞法规

4．1．2整车碰撞模拟仿真实验模型

4．2仿真碰撞结果分析

4．3本章小结

第5章吸能部件的优化设计

5．1吸能盒的材料选择

5．2吸能盒的形状设计

5．3吸能盒的优化设计

5．3．1初始吸能盒基于SIMP变密度法的拓扑优化设计

5．3．2吸能盒的优化结果验证

5．4保险杠加强筋的优化

5．5本章小结

第6章改进后的整车低速正碰仿真实验

6．1吸能部件优化后整车碰撞仿真模拟

6．2仿真结果分析

6．3本章小结

第7章结论与展望

7．1研究结论

7．2主要创新点

7．3研究展望

参考文献

致谢