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轿车白车身撞压变形特性对乘员伤害指标影响的仿真分析

作　者: 柴晓磊
导　师: 程秀生
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 正碰撞 乘员伤害 白车身 吸能特性
分类号: U461
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 327次
引　用: 8次
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内容摘要


本文围绕一汽技术中心“汽车正面碰撞下车身前部变形特性对乘员伤害指标的影响”项目进行了相关的研究,其意义在于建立汽车车身安全设计的参数化模型,进而可以根据用户要求对车身结构改进设计得出有价值的评价。鉴于此,本文着重从以下几个方面展开: 1)介绍了被动安全性研究的概况,进而提出了本论文研究的意义和方法,即通过建立车身结构与碰撞变形和乘员伤害指标之间的相关性模型,得到它们之间的相互关系。2)简单介绍了显式非线性有限元法基本理论及一些主要方程和算法。3)在分析国内外汽车碰撞安全法规和各国NCAP 对汽车正面抗撞性的评价方法的基础上,并讨论了最有利的车体碰撞力波形,提出了白车身正面抗撞性的评价参数。4)对轿车正碰中的主要吸能件前纵梁薄壁结构进行了碰撞模拟仿真, 从乘员保护的角度出发,就其变形和吸能特性进行了一些参数化的探讨和分析,提出了前纵梁薄壁结构的一些改进措施,获得了相对较好的变形和吸能特性,最终模型的吸能情况相对初始模型大有改善,碰撞力第一峰值降低10%。总吸能提高近218%。吸能比提高70.7%。5)建立了轿车白车身模型,进行了碰撞仿真,并经试验验证模型是有效的。在此基础上,从车身结构变形、碰撞参数、乘员伤害指标和约束系统几方面分析,从而得到汽车平均刚度的计算值1153kN/m,提出了车身刚度设计问题,并且初步把乘员伤害指标与运动图像分析相结合。本文的数值仿真方法、研究内容和结果对于车身结构设计有一定的技术参考价值。上述工作将对进一步研究汽车正面碰撞下车身前部变形特性对乘员伤害指标影响,进而实现汽车的轻量化设计、总吸能的提高、碰撞力-波形曲线的改善等有重要意义。

全文目录


第一章 绪论  9-22
  1.1 汽车安全问题  9-11
    1.1.1 汽车碰撞事故分类及特征  10
    1.1.2 汽车碰撞事故中的人体损伤机理  10-11
  1.2 汽车被动安全研究现状  11-15
  1.3 正面碰撞是被动安全研究的重要内容  15-17
  1.4 汽车抗撞性仿真研究概况  17-20
    1.4.1 当今汽车抗撞性数值模拟研究的特点  17-18
    1.4.2 近几年国内汽车抗撞性数值模拟研究的特点  18
    1.4.3 碰撞仿真软件  18-20
  1.5 当前国内正面碰撞研究的情况及其局限性  20
  1.6 论文研究的目的、意义及简要内容  20-21
    1.6.1 本论文拟解决的技术关键  21
    1.6.2 具体研究步骤  21
  1.7 本章小结  21-22
第二章 显式非线性有限元算法基础  22-33
  2.1 有限元简介  22
  2.2 显式非线性有限元理论  22-32
    2.2.1 物体变形过程描述  22-23
    2.2.2 控制方程  23-27
    2.2.3 边界条件  27-28
    2.2.4 有限元法的变分形式  28
    2.2.5 空间有限元离散化  28-30
    2.2.6 单元积分和沙漏控制  30
    2.2.7 时间积分与时间步长控制  30-31
    2.2.8 接触和摩擦的处理  31-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章 轿车白车身正面抗撞性的评价  33-50
  3.1 汽车正面抗撞性的含义  33
  3.2 汽车碰撞安全法规  33-37
    3.2.1 美国联邦机动车安全法规(FMVSS 系列法规)  33-34
    3.2.2 欧洲汽车法规  34
    3.2.3 日本道路车辆安全标准  34
    3.2.4 国外主要碰撞安全法规比较  34-36
    3.2.5 我国汽车碰撞法规  36-37
  3.3 汽车碰撞安全法规的发展趋势  37-45
    3.3.1 NCAP 及其在各国的开展情况  38-39
    3.3.2 现行正面碰撞评价体系存在的缺陷及其改进方法  39-45
  3.4 轿车正面抗撞性评价参数的确定  45-49
    3.4.1 车身结构理想化的碰撞力曲线波形  45-48
    3.4.2 薄壁构件的结构耐撞性的评价指标  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章 有限元模型的建立及碰撞模拟过程  50-57
  4.1 建立几何模型  51-52
  4.2 建立有限元模型  52-53
    4.2.1 零件有限元网格的建立  52
    4.2.2 白车身有限元网格的建立  52-53
  4.3 碰撞模拟  53-54
  4.4 碰撞模拟应该注意的几个问题  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章 前纵梁碰撞试验及仿真分析  57-73
  5.1 前纵梁有限元模型的建立  57-59
    5.1.1 几何模型的建立  57
    5.1.2 有限元网格的划分  57-59
  5.2 模型的前处理和边界条件的定义  59-64
  5.3 模拟结果与试验结果的对比  64-67
  5.4 薄壁梁的改进设计  67-71
  5.5 最终模型与初始模型的对比  71-72
  5.6 本章小结  72-73
第六章 白车身碰撞试验及仿真分析  73-87
  6.1 试验方案的确定  73-75
  6.2 碰撞仿真模型的建立  75-76
    6.2.1 单元划分  75-76
    6.2.2 材料模型的建立  76
    6.2.3 焊点的模拟  76
    6.2.4 部件接触定义  76
    6.2.5 沙漏控制  76
    6.2.6 计算  76
  6.3 碰撞试验与仿真结果对比  76-78
  6.4 车身碰撞变形分析  78-81
    6.4.1 车身碰撞加速度曲线  78-80
    6.4.2 车身碰撞力曲线  80-81
  6.5 乘员伤害指数分析  81-86
    6.5.1 头部伤害指数(HIC)  81-82
    6.5.2 胸部伤害指数  82-84
    6.5.3 大腿轴向力载荷  84-86
  6.6 座椅与安全带对乘员的保护  86
  6.7 本章小结  86-87
第七章 总结与展望  87-89
  7.1 全文总结  87-88
  7.2 对今后工作的展望  88-89
参考文献  89-93
致谢  93-94
摘要  94-96
ABSTRACT  96-97

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车理论
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