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汽车前纵梁复合材料结构设计与吸能特性研究

作　者: 张子鹏
导　师: 赵桂范
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 前纵梁 复合型圆柱管 吸能特性 LS-DYNA 有限元
分类号: U465
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


交通事故造成每年伤亡人数惊人,汽车安全成为人们关注的焦点之一,为此许多国家或组织成立了旨在提高汽车安全性能的研究机构,并且出台了相关的法律法规。由于车辆正面碰撞发生概率最大,所以车辆正面碰撞安全一直都是众多碰撞类型当中研究最多的。随着汽车保有量的增加,能源成为了制约汽车发展的重大因素,汽车轻量化成为了解决此问题的一条重要途径。如何在改善汽车安全性能的同时兼顾到汽车轻量化,复合材料便是一种很好的选择。本文为汽车前纵梁设计了一种复合型圆柱管的材料模式,通过LS-DYNA建立有限元模型,对复合材料前纵梁进行优化设计与分析。按照FMVSS 208法规要求,在LS-DYNA非线性有限元软件当中,应用整车正撞有限元模型、Hybrid III 50%男性假人模型、台车有限元模型进行原车正面撞击仿真分析,确定车辆正面撞击仿真及台车试验仿真的注意问题。根据原车正面碰撞仿真及台车试验仿真结果对原车吸能特性、运动学特性及乘员头部损伤进行分析,确定了汽车前撞过程中吸能最大的部件为汽车前纵梁以及通过车辆撞击曲线进行台车试验探讨乘员头部损伤方法的可行性。对复合型圆柱管材料进行介绍,建立内嵌金属圆柱管及复合型圆柱管有限元模型,明确了建立复合材料模式过程中所需要注意的问题,并通过落锤式冲击试验验证了有限元模型的正确性。探讨复合材料汽车前纵梁各项参数对乘员头部损伤的影响,确定正交试验的四大影响因素为内嵌金属材料、金属层壁厚、复合材料层壁厚及复合材料铺层方式。对汽车前纵梁复合材料进行正交试验设计,按照正交表进行仿真试验。分别通过极差分析及方差分析确定了最优化的复合材料模式及最显著影响因素。应用此种复合材料模式,乘员安全保护得到有效提高,前纵梁重量大幅度降低。本文的研究工作为复合材料在汽车耐撞部件上的应用提供了一种新的设计方法,为设计兼有乘员保护功效及轻量化的汽车前纵梁提供了参考。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 前言  9-11
  1.2 汽车碰撞安全的研究方法  11-12
  1.3 国内外汽车被动安全研究现状  12-15
    1.3.1 正面碰撞法规  12-14
    1.3.2 国外汽车被动安全研究现状  14-15
    1.3.3 国内汽车被动安全研究现状  15
  1.4 课题主要研究内容  15-17
第2章 汽车正面碰撞安全研究分析  17-33
  2.1 乘员损伤分析指标  17-18
    2.1.1 韦恩州立大学头部耐受限度曲线  17
    2.1.2 头部冲击剧烈程度指数  17-18
    2.1.3 头部伤害标准HIC  18
  2.2 汽车正面碰撞分析方案  18-20
    2.2.1 车辆撞击曲线分析法  18-19
    2.2.2 正面碰撞分析方案  19-20
  2.3 正面碰撞有限元模型  20-22
    2.3.1 整车有限元模型  20-21
    2.3.2 假人有限元模型  21-22
    2.3.3 台车有限元模型  22
  2.4 汽车正面碰撞有限元分析  22-28
    2.4.1 FEMB前处理  22-24
    2.4.2 整车吸能分析  24-26
    2.4.3 主要吸能部件吸能分析  26-28
  2.5 车辆运动学分析  28-30
    2.5.1 数据分析方法  28-29
    2.5.2 整车运动学分析  29-30
  2.6 台车冲击试验分析  30-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章 复合型圆柱管碰撞试验研究及有限元分析  33-41
  3.1 复合型圆柱管简介  33
  3.2 内嵌金属管试验及仿真分析  33-37
    3.2.1 内嵌金属管冲击试验  33-34
    3.2.2 内嵌金属管冲击试验有限元建模  34-35
    3.2.3 仿真试验结果分析  35-37
  3.3 复合型圆柱管冲击试验  37-38
  3.4 复合型圆柱管冲击试验仿真  38-40
    3.4.1 有限元模型建模  38
    3.4.2 有限元模型前处理  38-40
    3.4.3 仿真结果分析  40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 复合材料汽车前纵梁优化设计  41-54
  4.1 乘员损伤影响因素分析  41-46
    4.1.1 汽车前纵梁有限元模型  41
    4.1.2 内嵌金属材料对乘员HIC值的影响  41-43
    4.1.3 金属层壁厚对乘员HIC值的影响  43-44
    4.1.4 复合材料层壁厚对乘员HIC值的影响  44-45
    4.1.5 复合材料层铺设方式对乘员HIC值的影响  45-46
  4.2 汽车前纵梁正交试验设计  46-48
    4.2.1 正交试验设计  46-47
    4.2.2 汽车前纵梁正交表设计  47-48
  4.3 正交试验分析  48-53
    4.3.1 极差分析  48-50
    4.3.2 方差分析  50-53
  4.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-60
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  60-62
致谢  62

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车材料
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