轿车正面斜角碰撞车身结构安全性改进研究

论文摘要

汽车正面碰撞包括100%全宽碰撞、40%偏置碰撞和30°斜角碰撞三种碰撞形式,它是造成乘员重伤和死亡的主要交通事故形态。目前我国汽车正面碰撞耐撞性的研究主要集中在100%全宽碰撞和正面40%偏置碰撞两个方面,对正面30°斜角碰撞的研究很少。但是,现实生活中汽车的正面碰撞事故大多是与车体呈一定角度的斜角碰撞,用正面100%全宽碰撞和正面40%偏置碰撞不能准确解释。因此,同时开展正面30°斜角碰撞的研究对于提高车辆正面碰撞安全性具有重要意义。根据美国正面30°斜角碰撞的法规要求,建立了某款轿车的有限元模型,并根据仿真模型的验证方法从正面碰撞和偏置碰撞两个方面对有限元模型进行了有效性验证。然后对汽车正面碰撞中的关键部件前纵梁进行了0°、5°、10°、15°斜角碰撞研究。对前纵梁在斜角碰撞过程中的变形溃缩模式存在较大缺陷的问题,从调整前纵梁板厚和改变截面形状两个方面进行了研究。采用增加前纵梁板厚和填充蜂窝铝材料两种方法对前纵梁进行了改进和仿真计算。计算结果表明,对前纵梁填充蜂窝铝材料能较好地提高前纵梁的碰撞模式和吸能能力。将建立的汽车正面30°斜角碰撞有限元模型进行仿真计算,对汽车在碰撞中的系统能量和加速度曲线进行了分析。对汽车前舱中关键结构件在碰撞过程中力的传递路径和结构件的变形情况进行了研究。结果表明,汽车在正面30°斜角碰撞过程中驾驶员侧车体耐撞性较弱,防火墙等前舱部件对乘员舱的侵入量较大。结合理论方法和工程实际,确定采用填充蜂窝铝材料、激光拼焊技术、添加结构加强件等方法对汽车车身结构进行了改进。最后分析了改进前后防火墙和地板的侵入量及驾驶员侧纵梁的吸能变形情况,并在此基础上探讨了提高车辆正面斜角碰撞结构耐撞性能的有效措施。研究结果表明：针对成熟的车身结构,要提高其正面斜角碰撞结构安全性能,最有效的方法是在保证不影响其相关位置原有部件的情况下,合理增加加强部件。与正面碰撞相比,正面30°斜角碰撞中驾驶员侧乘员的损伤风险更大,对车身结构耐撞性的要求更高；通过在前纵梁内填充蜂窝铝材料、采用激光拼焊技术和对部件的局部加强可以有效提高车辆正面斜角碰撞的耐撞性能；本文的研究方法和结果对改进车辆的正面斜角碰撞安全性和降低乘员损伤风险具有重要的工程实用意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车正面斜角碰撞的研究背景
• 1.2 汽车结构耐撞性研究
• 1.2.1 汽车结构耐撞性计算的发展过程
• 1.2.2 国内外汽车结构耐撞性研究现状
• 1.2.3 汽车结构耐撞性研究方法
• 1.3 国内外汽车碰撞模拟研究的现状
• 1.4 汽车正面斜角碰撞研究方法
• 1.4.1 实车碰撞试验法
• 1.4.2 台车碰撞试验法
• 1.4.3 计算机仿真分析法
• 1.5 汽车正面斜角碰撞试验相关法规
• 1.5.1 美国正面碰撞法规
• 1.5.2 欧洲正面碰撞法规
• 1.5.3 中国正面碰撞法规
• 1.6 本文课题背景和研究内容
• 第2章 汽车斜角碰撞仿真的基础理论
• 2.1 汽车斜角碰撞的有限元方法
• 2.1.1 显式积分算法与时步控制
• 2.1.2 显式动力薄壳单元
• 2.1.3 材料本构关系模型
• 2.1.5 接触算法
• 2.1.6 沙漏控制
• 2.2 汽车碰撞中的人体损伤机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 正面30°斜角碰撞模型的建立及有效性验证
• 3.1 正面斜角碰撞有限元模型的建立
• 3.2 正面斜角碰撞仿真模型的有效性验证
• 3.2.1 整车有限元模型正面碰撞有效性验证
• 3.2.2 整车有限元模型偏置碰撞有效性验证
• 3.2.3 整车斜角碰撞仿真模型有效性确认
• 3.3 本章小结
• 第4章 轿车前纵梁正面斜角碰撞性能研究
• 4.1 有限元模型的建立及相关参数确定
• 4.1.1 有限元模型的建立
• 4.1.2 网格密度的选取
• 4.1.3 时间步长控制
• 4.1.4 应变率参数的选取
• 4.1.5 摩擦力的影响
• 4.1.6 沙漏控制
• 4.2 前纵梁有限元模型的验证
• 4.3 前纵梁斜角碰撞仿真分析
• 4.4 前纵梁斜向碰撞影响因素分析
• 4.4.1 侧壁厚度的影响
• 4.4.2 截面尺寸的影响
• 4.5 改进措施
• 4.6 本章小结
• 第5章 轿车斜角碰撞结构安全性研究
• 5.1 轿车正面斜角碰撞的结构及耐撞性分析
• 5.1.1 轿车斜角碰撞整体分析
• 5.1.2 轿车结构件碰撞性能分析
• 5.1.3 轿车正面30°斜角碰撞目标设定
• 5.2 轿车结构安全性的有效改进途径
• 5.2.1 增加板厚
• 5.2.2 采用超高强度钢
• 5.2.3 填充泡沫材料
• 5.3 轿车斜角碰撞中提高碰撞耐撞性能的具体措施
• 5.3.1 轿车前纵梁的改进措施及要求
• 5.3.2 轿车防火墙的改进措施及要求
• 5.3.3 轿车地板的改进措施及要求
• 5.4 改进后轿车正面30°斜角碰撞性能分析
• 5.4.1 前纵梁吸能及变形分析
• 5.4.2 车身防火墙的侵入量
• 5.4.3 轿车地板的变形分析
• 5.5 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录