碳纤维复合材料纵梁的碰撞性能评估与结构优化

摘要

汽车在正面碰撞过程中主要依靠纵梁来吸收能量，其吸能特性和变形过程对汽车耐撞性有显著的影响。有限元法是静态分析和结构耐撞性分析的重要方法，本文选取某皮卡车的前纵梁结构为研究对象，建立了车架及整车有限元模型，在此基础上选取了一种碳纤维铺层方法，采用轻型碳纤维复合材料纵梁置换传统材料纵梁，完成了刚度分析以及自由模态分析，得出材料替换对车架性能的影响。之后对这两种整车模型做碰撞分析，并验证了此方案的可行性，最后对此碳纤维复合材料纵梁进行结构优化，发现碳纤维复合材料纵梁比原金属材料纵梁具有更好的吸能性和更轻的质量。本文具体开展的工作如下：　　1、在 Hypermesh中对某皮卡车的 CATIA模型进行几何清理，严格按照汽车企业网格质量标准对模型进行网格划分，依据实车的连接情况对有限元整车模型进行装配并赋予相应的材料和属性，完成置换纵梁前后两种整车的CAE建模。　　2、分别对两种材料的车架进行了弯曲和扭转刚度分析以及自由模态分析，通过对比分析，得出碳纤维复合材料纵梁能较好的满足弯曲和扭转刚度要求，其模态固有频率相比原车架更加远离发动机激振频率，不会出现低频共振现象。　　3、根据 GB11551—2003法规要求，在整车有限元模型中设置初始速度及刚性墙。分别从纵梁吸能量、B柱加速度、前围板侵入量等几个方面分析这两种车架的正面碰撞性能。　　4、根据正面碰撞性能分析结果，通过降低复合材料纵梁厚度和添加加强板的方法对纵梁进行结构优化，达到了减小 B柱加速度及改善纵梁吸能性能为优化目标有效提高了该皮卡车的耐撞性，并同时降低了车架的质量。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的来源及研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 汽车正面碰撞相关试验法规

1.4 本文的主要研究内容

2 有限元模型的建立

2.1 引言

2.2 传统材质整车有限元模型的建立

2.3 置换纵梁后整车有限元模型的建立

2.4 本章小结

3 车架静态分析

3.1 引言

3.2 车架弯曲工况分析

3.3 车架扭转工况分析

3.4 车架刚度对比分析

3.5 本章小结

4 车架有限元模态对比分析

4.1 引言

4.2 模态分析的概述和理论基础

4.3 车架的模态计算与评估

4.3 本章小结

5 100%正面碰撞仿真分析及结构优化

5.1 引言

5.2 汽车碰撞有限元法的基本思想

5.3 动态显式有限元基本力学模型与方程

5.4 碰撞参数设置

5.5 仿真结果分析

5.6 结构优化及仿真验证

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果