SUV车架耐撞性分析及其结构/材料优化改进研究

摘要

随着我国汽车保有量的不断增多，车辆碰撞安全也越来越受到人们的广泛关注，本文对非承载式越野车进行碰撞性能改进，分别从结构以及材料两方面综合解决车辆耐撞性不足和减重问题。并将新型泡沫铝材料创新性的添加到车架当中，其目的是充分发挥泡沫铝填充结构其独特的吸能特性，并对车架进行合理的尺寸优化，在保证碰撞安全性能的同时对车架进行减重。该方法具有实际工程应用价值，为我国乘用车的碰撞安全性能设计提供一种全新的思路。具体内容如下： （1）对整车碰撞变形以及能量吸收传递等过程进行了理论分析，通过微分的思想对车架吸能变形做出了进一步的阐述，以质量守恒和能量守恒来对整车碰撞过程做出进一步的理论推导，为后续优化设计提供依据。对实车碰撞和模拟碰撞进行对标，证明整车模拟仿真的准确性以及整车碰撞安全存在不足。 （2）从灵敏度基本理论出发，以防撞钢梁、碰撞吸能盒和纵梁等三个部件的节点位移作为约束条件，对车架的9个部件进行灵敏度分析，之后以车架各部件厚度作为设计变量，以质量最轻为目标函数进行迭代计算。结果表明：车架在满足设计要求的情况下，质量进一步减轻5.3kg。之后从泡沫铝的物理特性、力学特性以及吸能特性三方面解释了泡沫铝材料的独特性，以及确定了将基体填充到车架纵梁壳内进行发泡的加工工艺。（3）对尺寸优化后的车架纵梁壳内填充泡沫铝进行碰撞仿真计算，将仿真数据与原车架仿真数据进行分析比对，结果表明：优化后的车架变形小于原车架；优化后整车X方向最大碰撞速度来临时刻相比于原车架最大碰撞速度来临时刻提前10ms；优化后车架节点最大速度为-0.32mm/ms，相比于原车架降低了83%；优化后车架最大碰撞加速度为-3.7e5mm/s2，相比于原车架下降了18%；优化后车架各节点速度相比于原车架各节点速度更加平缓；优化后车架最大节点位移为255mm，相比于原车架减少了28%；优化后车架纵梁部件共吸能210.3KJ，能量吸收率相比于原车架提高了26.3%。优化后的纵梁填充泡沫铝车架能够极大的提高整车的碰撞安全性。

目录

声明

1绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3 汽车被动安全法规以及NCAP

1.3.1国外汽车碰撞法规

1.3.2 新车评定规程NCAP

1.3.3 我国新车评定项目C-NCAP

1.4本文主要研究内容

2 碰撞模拟理论

2.1车架碰撞变形过程

2.2 守恒方程

2.2.1质量守恒方程

2.2.2动量理论

2.2.3能量方程

2.3本章小节

3.模拟碰撞与实车碰撞

3.1 有限元方法介绍

3.2模拟碰撞设置

3.2.1载荷约束施加

3.2.2刚性墙的建立

3.2.3接触定义

3.2.4求解参数设置

3.3原部件模拟碰撞及结果分析

3.3.1 原部件模拟碰撞能量分析

3.3.2 原部件模拟碰撞速度分析

3.3.3 原部件模拟碰撞加速度分析

3.3.4 原部件模拟碰撞冲击力分析

3.3.5 原部件模拟碰撞吸能研究

3.4实车碰撞

3.4.1 碰撞前准备

3.4.2实车碰撞

3.5模拟碰撞与实车碰撞对比分析

3.6本章小节

4.车架优化设计

4.1尺寸优化设计基础

4.2 灵敏度分析

4.2.1灵敏度分析基础

4.2.2 车架主要部件灵敏度分析

4.3 优化数学模型的建立

4.4 优化三维模型的建立

4.5优化结果分析

4.6本章小节

5 泡沫铝特性及填充机理

5.1 泡沫铝物理特性

5.2 泡沫铝力学特性

5.3泡沫铝吸能特性

5.4泡沫铝填充工艺

5.5本章小节

6模拟填充泡沫铝的碰撞

6.1对车架填充泡沫铝预处理

6.2.1 填充后车架碰撞分析

6.2.2 填充后车架碰撞速度分析

6.2.3 填充后车架节点加速度分析

6.2.4 填充后整车冲击力分析

6.2.5 填充后各部件吸能研究

6.3本章小节

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究结果

致谢