基于虚拟试验的汽车40%偏置碰撞抗撞性研究

论文摘要

当今世界每年因汽车交通事故造成了巨大的人员伤亡和社会财产损失,汽车安全问题因此成为汽车工业界的研究重点。由于汽车正面碰撞是最常见的交通事故之一,而且正面碰撞事故中造成的死亡人数占首位,因此,汽车正面碰撞抗撞性研究是汽车碰撞安全研究的核心内容。目前在国外的汽车正面碰撞试验法规中有两种典型的正面碰撞试验评价方法,分别是100%重叠率刚性固定壁障碰撞试验(全宽碰撞)和40%重叠率的偏置变形壁障碰撞试验(40%偏置碰撞)。40%偏置碰撞试验时,车辆前端只有一侧参与碰撞中能量吸收,这种碰撞形态下车身变形大,乘员舱严重的侵入会造成车内乘员的伤害。交通事故统计结果也表明,该事故形态下乘员严重伤害的比例最高,40%偏置变形壁障碰撞试验主要评价安全车身。全宽碰撞和40%偏置碰撞两种碰撞形态乘员的伤害机理不同,对车身和乘员约束系统考核的侧重面也不同,实际碰撞试验研究也表明上述两类试验无法相互替代。我国目前对正面碰撞中全宽碰撞的研究比较多,而对40%偏置碰撞的研究还非常少,要全面提高汽车正面碰撞安全性能,需要同时考虑这两种正面碰撞形态,因此开展40%偏置碰撞的研究工作是十分必要的。本文应用显式非线性有限元方法,进行基于虚拟试验技术的汽车40%偏置碰撞抗撞性研究。首先阐述了汽车碰撞计算机仿真分析的基础理论,根据《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》国家标准,建立偏置变形壁障块的有限元模型,并进行了有效性验证;再选择某轿车为研究对象,建立该车针对CMVDR294的100%障碍壁正面碰撞有限元模型,将碰撞仿真结果与试验结果进行对比验证,验证表明了该整车模型的正确性和本文所采用的虚拟试验方法的有效性。在此基础上,按照欧洲ECE R94.01法规建立该轿车的40%偏置碰撞有限元模型,基于虚拟试验技术对该轿车进行40%偏置碰撞抗撞性分析,确定该轿车40%偏置碰撞抗撞性改进方向和抗撞性改进对策。最后,按照制定的抗撞性改进对策,对该轿车依次进行了四个方面的改进设计研究,包括:乘员舱的高强度钢加强件改进设计、前纵梁抗撞性改进设计、前纵梁的连接有效性改进设计、碰撞吸能盒与保险杠吸能改进设计。经过改进设计后在一定程度上提高了该轿车的40%偏置碰撞安全性能。本文的研究结果对于我国汽车企业开展汽车40%偏置碰撞的计算机仿真设计研究具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 汽车被动安全研究的意义
• 1.2 汽车正面碰撞抗撞性研究意义及国内外研究现状
• 1.2.1 汽车正面碰撞抗撞性研究意义
• 1.2.2 汽车正面碰撞抗撞性国内外研究现状
• 1.3 汽车正面碰撞抗撞性研究方法
• 1.4 各国汽车安全法规及NCAP 中对汽车正面抗撞性的规定
• 1.4.1 各国汽车法规对汽车正面抗撞性的规定
• 1.4.2 NCAP 中有关汽车正面抗撞性的规定
• 1.5 本文研究背景与研究内容
• 2 虚拟试验研究方法和理论基础
• 2.1 虚拟试验方法
• 2.1.1 虚拟试验概念
• 2.1.2 汽车被动安全虚拟试验
• 2.1.3 汽车被动安全虚拟试验的主要应用
• 2.2 虚拟试验理论基础
• 2.2.1 有限元理论
• 2.2.2 多刚体理论
• 2.3 本章小结
• 3 偏置壁障块模型的建立和验证
• 3.1 仿真软件介绍
• DYNA'>3.1.1 仿真平台—LS_DYNA
• 3.1.2 前后处理平台—HYPERMESH
• 3.2 偏置壁障块模型的建立和验证
• 3.2.1 偏置壁障块模型的建立
• 3.2.2 偏置壁障块模型有效性验证
• 3.3 本章小结
• 4 汽车整车有限元模型的建立和验证
• 4.1 轿车全宽正面碰撞有限元模型的建立
• 4.1.1 汽车碰撞建模流程
• 4.1.2 轿车整车有限元模型的建立
• 4.1.3 轿车全宽正面碰撞有限元模型的建立
• 4.2 轿车全宽正面碰撞有限元模型的验证
• 4.2.1 碰撞变形结果
• 4.2.2 加速度曲线对比
• 4.3 本章小结
• 5 汽车40%偏置碰撞模拟分析
• 5.1 轿车40%偏置碰撞模型的建立
• 5.1.1 车辆对可变形壁障的定位
• 5.1.2 偏置碰撞控制参数设定
• 5.2 40%偏置碰撞仿真结果分析
• 5.2.1 汽车的运动情况
• 5.2.2 车身变形分析
• 5.2.3 车身加速度分析
• 5.2.4 偏置碰撞能量分析
• 5.3 轿车40%偏置碰撞抗撞性分析
• 5.3.1 汽车40%偏置碰撞的简化物理模型
• 5.3.2 轿车40%偏置碰撞抗撞性分析
• 5.3.3 轿车40%偏置碰撞抗撞性改进方向
• 5.4 本章小结
• 6 汽车40%偏置碰撞抗撞性对策和改进设计研究
• 6.1 40%偏置碰撞抗撞性改进对策
• 6.2 乘员舱的高强度钢加强件设计研究
• 6.2.1 高强度钢介绍
• 6.2.2 乘员舱加强件改进设计
• 6.2.3 仿真结果对比与分析
• 6.3 前纵梁抗撞性改进设计研究
• 6.3.1 前纵梁的加强筋板改进设计
• 6.3.2 仿真结果对比与分析
• 6.4 前纵梁的连接有效性改进研究
• 6.4.1 前纵梁的连接有效性改进
• 6.4.2 仿真结果对比与分析
• 6.5 碰撞吸能盒与保险杠的吸能改进设计研究
• 6.5.1 碰撞吸能盒与保险杠的吸能改进设计
• 6.5.2 仿真结果对比与分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录