车身保险杠碰撞仿真分析及轻量化研究

摘要

本研究以国家高技术研究发展计划课题“可重构白车身制造生产线规划智能化平台关键技术”中的轻量化车身研究项目为背景，对国内某车型前保险杠进行了安全性和轻量化研究。 汽车在低速行驶发生碰撞时，保险杠通过自身的变形吸收碰撞能量，撞后能自动恢复，以保证车身其它零部件及乘员的安全；在高速碰撞中，保险杠迅速的将碰撞力合理的分散给整个车身，以保证乘员的安全。因此，研究保险杠的碰撞吸能特性，探讨保险杠系统的改进设计，对于汽车安全设计具有重要意义。同时，为了实现节能和环保，降低世界能源消耗和缓解环境压力，面向轻量化的保险杠优化设计已成为汽车产业发展中一项关键性研究课题。 本研究在阐述了国内外汽车碰撞被动安全性的研究方法、研究概况、评价标准以及保险杠碰撞研究概况和相关法规标准的基础上，根据FMVSS581保险杠碰撞法规，建立了摆锤对保险杠低速碰撞的有限元模型，对国内某车型前保险杠进行了4km/h正面碰撞和2.5km/h角度碰撞仿真分析，获得了两种不同碰撞过程中的保险杠变形、最大加速度、结构等效应力和等效塑性应变、吸能等参数，并对保险杠碰撞性能进行了评价。 在此基础上，本研究从材料和结构两方面对保险杠进行了轻量化研究。采用两种轻量化材料7075铝合金和高强度SMC（玻璃钢）替代原保险杠材料，通过对不同材料保险杠的低速碰撞性能分析，表明高强度SMC材料的保险杠轻量化效果较好。接下来以轻量化为目的，进一步对高强度SMC材料保险杠在结构上进行了优化。计算表明，优化后的新型保险杠在满足FMVSS581碰撞法规的前提下，实现了减重29％．

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外汽车碰撞安全研究综述

1.2.1国外研究状况

1.2.2国内研究状况

1.3保险杠低速碰撞研究概述

1.3.1保险杠系统的结构形式

1.3.2保险杠相关的法规标准

1.4汽车轻量化的意义和方法

1.4.1汽车轻量化的意义

1.4.2汽车轻量化的方法

1.5课题来源及论文研究内容

1.5.1课题来源

1.5.2论文的研究内容

第2章碰撞仿真研究的有限元法

2.1引言

2.2非线性有限元控制方程

2.3显式积分算法与时步控制

2.3.1显式积分算法

2.3.2时间步长

2.3.3时间步长控制

2.4接触-碰撞算法

2.4.1接触-碰撞界面算法

2.4.2摩擦力的计算

2.5材料特性

2.5.1几种典型的弹塑性材料模型

2.5.2常用LS-DYNA材料模型

2.5.3材料屈服准则

2.6壳单元选择和沙漏控制

2.7焊点模拟

2.7.1焊点处理方式

2.7.2焊点失效形式的定义

2.8小结

第3章 保险杠系统碰撞过程的仿真研究

3.1引言

3.2保险杠碰撞系统有限元模型的建立

3.2.1摆锤与保险杠的结构

3.2.2单元类型和材料模型的选择

3.2.3连接模拟

3.2.4接触定义

3.2.5加载集中质量和边界条件

3.3保险杠失效判定

3.4对中碰撞仿真结果分析

3.4.1对中碰撞动力响应特性分析

3.4.2对中碰撞吸能特性分析

3.5角度碰撞仿真结果分析

3.5.1角度碰撞动力响应特性分析

3.5.2角度碰撞吸能特性分析

3.6小结

第4章 保险杠材料轻量化研究

4.1引言

4.2 7075铝合金保险杠碰撞性能分析

4.2.1 7075铝合金性能特点

4.2.2 7075铝合金保险杠有限元模型的建立

4.2.3厚度对7075铝合金保险杠碰撞性能的影响

4.2.4选定厚度7075铝合金保险杠仿真分析

4.3高强度SMC保险杠碰撞性能分析

4.3.1 SMC复合材料性能特点

4.3.2高强度SMC保险杠有限元模型的建立

4.3.3厚度对高强度SMC保险杠碰撞性能的影响

4.3.4选定厚度高强度SMC保险杠仿真分析

4.4不同材料的保险杠碰撞性能比较

4.5小结

第5章高强度SMC保险杠结构优化及性能分析

5.1高强度SMC保险杠总体结构优化及性能分析

5.1.1高强度SMC保险杠总体结构优化

5.1.2总体优化后保险杠碰撞性能分析

5.2高强度SMC保险杠局部结构优化及性能分析

5.2.1高强度SMC保险杠局部结构优化

5.2.2局部优化后保险杠对中碰撞性能分析

5.2.3局部优化后保险杠角度碰撞性能分析

5.3新型保险杠与原高强度钢保险杠碰撞性能比较

5.4小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果