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汽车侧面碰撞结构改进与优化仿真研究

作　者: 李杰
导　师: 张甫仁
学　校: 重庆交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 侧面碰撞有限元仿真车门防撞梁结构优化
分类号: U463.83
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着我国经济的飞速发展，汽车在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色。但是，随着汽车保有量的迅速增加，也导致了与汽车相关的各种交通事故数量直线上升，不仅造成了巨大的财产损失，而且严重威胁到人们的生命安全。在各种交通事故中，正面碰撞和侧面碰撞的发生频率最高，而且侧面碰撞是造成乘员伤亡率最高的事故形式。因此，汽车侧面碰撞安全性的研究已经成为汽车被动安全领域的一项重要研究内容，并为世界各国汽车制造厂商和汽车研究机构所关注。在汽车侧面碰撞研究中，车门和B柱是重点考查对象，是评价一辆车侧面抗撞性好坏的重要指标。而对于车门和B柱，主要考查的是各部件在受外界力作用时的位移和速度变化，因为这两项指标直接关系到乘员的受伤害程度。要有效的降低乘员在侧面碰撞中所受伤害，就必须使碰撞力均匀地传递到车身各个部件上，这样才能保证整车在受冲击时位移和速度值均降到最小。本文旨在使用不同的方法从不同的方面入手对汽车的侧面结构在侧碰中的耐撞性能进行优化改进，并从理论上验证这些优化手段的有效性。本文在碰撞仿真的基本理论和抗侧碰优化设计理论基础上，借助于国外某量产车的CAD模型建立了整车侧面碰撞有限元模型，并按照法规要求验证了其有效性，随后结合有限元分析软件LS-DYNA，按照GB20071-2006法规要求设定了边界及约束条件，应用中心差分法，对模型进行了侧面碰撞仿真模拟，得到的仿真试验结果显示，侧围重要部件中B柱的变形速度和侵入量正常，符合法规要求，但是车门的变形速度和侵入量过大，可能对乘员造成严重伤害，所以本文通过增加板料厚度、采用超高强度钢、添加结构加强部件、采用不同的防撞梁截面形状和优化防撞梁的位置等五个方面改进了原车的侧面抗撞性。仿真结果显示，不同的改进方法都会对汽车的侧面抗撞性能起到一定的优化作用，但针对成熟的车身结构，最有效的方法是在保证不影响其相关位置原有部件功能的情况下合理的增加加强部件。本文所采用的优化方法、得出的结论以及改善侧面碰撞性能的措施对于开展汽车侧面抗撞性能的设计研究提供了一定的借鉴和参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 侧面碰撞安全的研究背景和意义  9-10
  1.2 汽车侧面碰撞的国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 汽车侧面碰撞主要的研究内容  12-14
    1.3.1 侧面碰撞结构安全性研究  12-13
    1.3.2 侧面碰撞乘员安全性研究  13-14
  1.4 汽车侧面碰撞的研究方法  14-16
  1.5 仿真软件 LS-DYNA 简介  16-17
  1.6 本课题的研究背景和内容  17-18
第二章汽车碰撞仿真的基本理论及优化设计  18-39
  2.1 有限元法的基本理论  18-21
  2.2 显式非线性动态有限元理论与仿真算法  21-31
    2.2.1 接触-碰撞界面算法  21-25
    2.2.2 薄壳单元算法  25-28
    2.2.3 沙漏控制  28-29
    2.2.4 时间步长控制  29-31
  2.3 汽车碰撞过程的非线性特性  31-35
    2.3.1 几何非线性  31
    2.3.2 材料非线性  31-33
    2.3.3 接触非线性  33-35
  2.4 汽车碰撞仿真优化设计  35-38
    2.4.1 碰撞安全性问题的优化流程  35-37
    2.4.2 仿真优化设计的特点  37-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章侧面碰撞有限元模型的建立和验证  39-49
  3.1 引言  39
  3.2 有限元分析关键技术  39-41
    3.2.1 有限元模型的简化  39-40
    3.2.2 有限元网格划分  40-41
  3.3 移动变形壁障有限元模型的建立与验证  41-45
    3.3.1 移动变形壁障有限元模型的建立  41-43
    3.3.2 移动变形壁障有限元模型的验证  43-45
  3.4 整车有限元模型的建立与验证  45-48
    3.4.1 整车有限元模型的建立  45-46
    3.4.2 整车侧面碰撞有限元模型的验证  46-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章侧面碰撞仿真计算及结果分析  49-57
  4.1 引言  49
  4.2 有限元模型的仿真计算  49-50
  4.3 碰撞仿真结果分析  50-55
    4.3.1 能量分析  51-52
    4.3.2 变形分析  52-54
    4.3.3 速度及加速度分析  54-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章侧面抗撞性结构优化设计  57-70
  5.1 引言  57
  5.2 侧碰的碰撞特性研究  57-59
    5.2.1 碰撞力的传递分析  57-58
    5.2.2 侧碰车身结构安全性缺陷  58-59
  5.3 提高车身侧围结构耐撞性的具体方法及应用分析  59-69
    5.3.1 增加板料厚度  59-62
    5.3.2 采用超高强度钢  62-64
    5.3.3 采用不同截面形状的防撞梁  64-66
    5.3.4 优化防撞梁的形状和位置  66-67
    5.3.5 添加结构加强部件  67-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章总结与展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
在学期间发表的论著  76

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