汽车吸能盒结构低速正面撞击的数值仿真研究

论文摘要

随着车辆设计朝着高速化、轻量化方向发展以及汽车保有量的增加,提高汽车在碰撞事故中的被动安全性能以及减少碰撞维修费用成为汽车行业的重要任务。汽车碰撞研究通常采用试验和仿真模拟相结合的方法。本文以吸能盒的低速正面碰撞试验为例,利用Hypermesh软件建立了由壳单元组成的吸能盒有限元模型,应用LS-DYNA软件进行了碰撞的模拟,通过与试验和理论数据的对比,验证了仿真模型的有效性。结合试验和仿真结果,确定了吸能盒结构耐撞性方面的薄弱环节,并据此探讨了吸能盒耐撞性改进的方法。本文首先从理论上对吸能盒碰撞过程的计算机仿真所运用的基本力学方程、有限元离散和显式积分算法做了介绍。为了提高计算机的仿真精度和效率,对吸能盒有限元模型的建立、单元划分和网格密度的控制、接触界面的定义、沙漏控制、质量缩放和子循环等进行探讨,找出了以上参数对计算机仿真效率与精度的影响。然后利用计算机仿真模拟吸能盒结构的碰撞过程,分析了吸能盒结构的横截面和预变形等因素对其吸能特性的影响。本文的数值仿真方法、研究内容和结果对于吸能盒的设计有一定的参考价值。从建立吸能盒变形及其吸能特性与车辆其它结构的相关性参数化模型的角度出发,进行了汽车正面碰撞情况下车身前部变形特性的研究。上述工作将对汽车的轻量化设计、研究整车变形性能以及减少维修费用等有重要意义。本文的结论对其它的汽车碰撞安全仿真研究具有借鉴意义,所得的结论对车身结构设计也具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车安全研究的意义
• 1.1.1 汽车安全性研究的重要性
• 1.1.2 正面碰撞是事故发生的主要形式
• 1.2 汽车主动安全性与被动安全性
• 1.2.1 汽车主动安全性
• 1.2.2 汽车被动安全性
• 1.2.3 主动安全性和被动安全性的比较
• 1.3 研究汽车吸能盒在低速情况下正面碰撞的意义
• 1.4 汽车碰撞研究的途径
• 1.4.1 研究汽车碰撞使用的方法
• 1.4.2 汽车碰撞的计算机仿真研究概况
• 第2章 显式非线性有限元基本算法
• 2.1 有限元法概述
• 2.2 显式非线性有限元算法
• 2.2.1 物体变形的基本方程和边界条件
• 2.2.2 有限元的空间离散
• 2.2.3 沙漏的产生与控制方法
• 2.2.4 显式中心差分时间积分
• 2.2.5 接触算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 吸能盒碰撞性能的评价参数
• 3.1 汽车安全法规
• 3.1.1 被动安全性法规现状与发展
• 3.1.2 实车正面碰撞法规
• 3.2 吸能盒的设计原则
• 3.3 吸能盒碰撞性能的评价参数
• 3.4 吸能盒的合理变形模式
• 3.5 本章小结
• 第4章 薄壁梁有限元模型的设计过程
• 4.1 薄壁梁有限元模型的建立
• 4.1.1 几何模型的建立及初始参数的确定
• 4.1.2 有限元模型的网格划分
• 4.1.3 模型前处理和边界条件的定义
• 4.2 薄壁梁有限元模型的碰撞分析
• 4.3 试验及理论对薄壁梁模型的验证
• 4.3.1 试验验证
• 4.3.2 理论验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 模型的优化设计
• 5.1 薄壁梁碰撞性能的影响因素
• 5.1.1 不同截面形状薄壁梁的碰撞性能
• 5.1.2 诱导槽的影响
• 5.2 最终模型和原始模型的比较
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢