汽车正面碰撞及防撞结构的吸能特性研究

摘要

随着汽车产业的高速发展,交通安全问题越发严重。有关研究表明,发生正面碰撞时,汽车前部薄壁结构起着极为重要的作用。因此,如何有效的改进薄壁结构的变形模式,在增加吸能的同时降低碰撞力峰值,是汽车正面碰撞仿真的重要课题之一。
　　首先,本文在整理前人相关研究的基础上,以某车型为研究对象建立了整车正面碰撞模型,并使用HyperMesh和LS-DYNA软件进行仿真分析,综合评价了该车的碰撞吸能特性。仿真结果表明：汽车前部吸能部件的吸能率为49.78%,不满足行业(大于50%)要求,需要通过结构优化来增加吸能值,减小乘员舱的变形。同时,该模型在碰撞过程中,前部各薄壁件基本满足了梯度变形顺序,但纵梁压缩不完全,有进一步提升的空间。
　　随后,本文选取了汽车前部的保险杠系统和前纵梁部件为分析对象,研究结构的改变对吸能的影响。针对前纵梁部件,就诱导槽的数量、间距和布置形式等参数进行了研究；针对保险杠系统,就横梁内外板的厚度、材料及结构形式等参数进行了研究。研究结果表明：诱导槽数量的增加使得纵梁折叠次数增多,同时降低了碰撞力峰值；诱导槽间距的减小可以增加薄壁梁能量的吸收,降低峰值力,从而提高整车碰撞性能；贯穿式诱导槽在变形和碰撞力上都比非贯穿式结构要好；保险杠横梁材料及厚度的增加使得结构刚度得到了提高,有利于改善汽车在高速碰撞时的变形吸能；同时,在保险杠内部中空部分增加加强板能有效的降低碰撞加速度峰值及折弯变形现象。
　　最后,本文运用正交优化试验设计法,对前纵梁诱导槽的数量、吸能盒上诱导槽的间距以及保险杠横梁和材料四个参数进行了比较和优化。通过采用综合平衡法对仿真结果进行极差及平均偏差的分析,找到了最优方案。整车仿真结果显示,结构优化后使得整车在前部吸能比上达到了51.1%,同时B柱加速度峰值降低了3.47g,有效的解决了原模型中所存在的不足,提高了整车的碰撞吸能性能。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景概述

1.2 汽车碰撞试验仿真的国内外研究现状

1.3 汽车碰撞研究方法概述

1.4 汽车被动安全性研究的内容

1.5 本文研究的内容

第二章 汽车碰撞仿真有限元理论介绍

2.1 非线性有限元力学模型与方程[65]

2.2 显示中心差分法及时间步长控制

2.3 汽车碰撞过程中的非线性特性

2.4 沙漏控制

2.5 接触算法

2.6 本章小结

第三章 整车正面碰撞的有限元模型建立与分析

3.1 引言

3.2 整车有限元模型的建立

3.3 正面碰撞仿真分析

3.4 本章小结

第四章 汽车前纵梁及保险杠横梁参数影响分析

4.1 引言

4.2 前纵梁模型的建立及参数分析

4.3 保险杠模型的建立及参数分析

4.4 本章小结

第五章 整车前部吸能结构参数优化及对比

5.1 引言

5.2 基于正交试验设计的整车正面碰撞性能改进

5.3 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢