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某SUV正面碰撞变形有限元分析

作　者: 田宁
导　师: 梁晨
学　校: 燕山大学
专　业: 车辆工程
关键词: 汽车被动安全性正面碰撞有限元模拟结构改进
分类号: U467.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为提高汽车被动安全性能,减少乘员伤亡,在汽车开发阶段必须研究汽车结构的耐撞性和在碰撞中对乘员的保护作用。对汽车碰撞过程进行计算机模拟,能预测汽车结构本身的耐撞性能,在车辆开发过程中较好的控制其被动安全性能,减少实车碰撞试验次数,加快新车型的开发速度。本文介绍了碰撞数值模拟的显式非线性有限元法基本原理,包括描述碰撞过程的基本方程、时间积分算法、相关单元、接触算法、材料本构关系等,并根据具体车型的实际情况设置了具体参数。本文以某SUV车型为对象,利用HyperWorks软件包建立了整车有限元模型,根据GB 11551-2003,利用LS-DYNA进行了正面碰撞的数值模拟和分析,求解出了整车的变形、速度、加速度、主要截面力及能量变化情况,实现了对该车正面碰撞性能较全面且较可靠的评价。通过对整车正面碰撞过程的数值模拟结果进行分析,找到了碰撞过程中不合理的变形部位,提出了改进方案并进行了改进。将改进前后的模型仿真结果进行了对比,验证了改进方案的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 国内外汽车碰撞研究现状  9-11
    1.2.1 国外整车碰撞模拟分析的情况  9-10
    1.2.2 国内汽车碰撞模拟分析的情况  10-11
  1.3 课题研究内容和意义  11-12
    1.3.1 研究内容  11
    1.3.2 选题意义  11-12
第2章碰撞模拟的基本理论  12-36
  2.1 碰撞过程描述的基本方程  12-17
    2.1.1 动量、质量、能量守衡方程  13-14
    2.1.2 运动微分方程  14-15
    2.1.3 边界条件  15-17
    2.1.4 有限元法的变分列式  17
  2.2 空间有限元离散化  17-19
  2.3 时间积分与时间步长控制  19-22
    2.3.1 时间积分的中心差分法  19-20
    2.3.2 显式中心差分法的稳定性  20-21
    2.3.3 时间步长控制  21-22
  2.4 薄壳理论与单元  22-29
    2.4.1 四节点Hughes-Liu 薄壳单元  23-26
    2.4.2 Belytschko-Lin-Tsay 薄壳单元  26-29
  2.5 碰撞过程中的接触算法和接触类型  29-32
  2.6 弹塑性材料的本构关系  32-35
    2.6.1 随动塑性模型  33-34
    2.6.2 与应变率相关的幂指数硬化塑性模型  34
    2.6.3 分段线性塑性模型  34-35
    2.6.4 应变率相关的塑性模型  35
    2.6.5 应变率相关的幂指数塑性模型  35
  2.7 本章小结  35-36
第3章碰撞模型的建立及相关软件简介  36-54
  3.1 碰撞模拟相关软件介绍  36-38
    3.1.1 求解器的选用及其功能  36-38
    3.1.2 前后处理软件的选用  38
  3.2 整车碰撞模型的建立  38-52
    3.2.1 网格的划分  40-42
    3.2.2 材料处理  42-44
    3.2.3 整车质量和质心的调整  44
    3.2.4 单元类型的选取和沙漏控制  44-46
    3.2.5 连接关系  46-49
    3.2.6 轮胎处理  49-51
    3.2.7 接触处理  51-52
  3.3 本章小结  52-54
第4章碰撞模拟结果分析  54-72
  4.1 能量分析  54-57
  4.2 车体变形分析  57-64
    4.2.1 整车变形分析  57-59
    4.2.2 车架变形分析  59-61
    4.2.3 前围板侵入量分析  61-62
    4.2.4 门框变形分析  62-64
  4.3 加速度分析  64-65
  4.4 速度分析  65
  4.5 力分析  65-70
  4.6 本章小结  70-72
第5章耐撞性能改进  72-78
  5.1 耐撞性能改进方案的确定  72-73
  5.2 改进前后的结果对比分析  73-77
    5.2.1 变形对比分析  73-76
    5.2.2 加速度对比分析  76
    5.2.3 前围侵入量对比分析  76-77
  5.3 本章小结  77-78
结论  78-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  83-84
致谢  84-85
作者简介  85

某SUV正面碰撞变形有限元分析

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