基于汽车侧面碰撞仿真分析的车身结构优化

论文摘要

随着车辆设计的方向朝着高速化、轻量化的方向发展,汽车保有量持续增加,交通事故数量及其造成的人员伤亡数量呈上升趋势。汽车被动安全技术的研究与发展已经成为当今世界汽车技术发展的主流方向之一。本篇论文的写作背景是在我国全面实行汽车整车侧面碰撞标准之后,以中国的C-NCAP侧面碰撞法规为设计依据,结合某款车型整车侧面碰撞试验和仿真模拟分析的结果,在保证整车侧面碰撞安全性能的基础之上,对车身结构进行优化。按照不同的结构,提出相应的优化方案。车身结构优化的目的是降低整车的质量,同时降低此款车型的生产成本。文中具体阐述了有限元的理论、整车模型的建模方法、建模过程以及侧面碰撞的评价指标,详实地介绍了车身结构优化的全过程,同时对车身结构的优化方法进行深入探讨和总结。本文首先指出进行汽车侧面碰撞安全研究的重要性,总结了有限元在汽车行业的发展历程,客观地分析了国内外目前在碰撞领域的研究水平与发展趋势；随后详细地介绍了国内外的侧面碰撞法规及新车评价规程,分析我国碰撞法规的技术要求与特点,以及与国外法规的差别与联系；接下来具体论述了关于有限元的理论及其在碰撞模拟中所涉及的单元类型、碰撞过程基本方程、碰撞模拟中时间积分算法等；在此基础上建立整车侧碰有限元模型,按照我国侧碰法规标准要求对某款车型的整车进行了碰撞仿真模拟,通过与侧面碰撞试验结果进行对比,来验证仿真模型的正确性,为后续的车身结构优化提供基础；接下来通过分析车身中的B柱、车门、门槛、座椅横梁等结构对侧面碰撞的影响,提出结构优化的方案组合,经过对这些方案的仿真验证,找到合适的优化方案；最后通过实车的侧面碰撞测试以及白车身的刚度、模态测试来证明此次优化模型的正确性。结论表明,车身在自身改变结构和减重的同时,经过结构优化是可以保证侧面碰撞的安全要求和车身刚度要求的。本文所采用的研究方法、改善侧面碰撞性能的措施以及得出的结论为开展汽车侧面碰撞的设计研究提供了借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外相关研究水平
• 1.2.1 国外汽车碰撞研究的发展与现状
• 1.2.2 我国汽车碰撞研究现状
• 1.3 汽车侧面碰撞的研究方法与内容
• 1.3.1 汽车侧面碰撞的研究方法
• 1.3.2 汽车侧面碰撞的研究内容
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 侧面碰撞法规和C-NCAP简介
• 2.1 国外侧面碰撞法规介绍
• 2.1.1 美国侧面碰撞法规（FMVSS214）
• 2.1.2 欧洲侧面碰撞法规（ECER95）
• 2.2 我国侧面碰撞法规介绍
• 2.3 我国新车评价规程（C-NCAP）
• 2.4 本章小结
• 第3章 汽车碰撞模拟及有限元相关理论
• 3.1 汽车碰撞模拟中的单元类型
• 3.1.1 四节点Hughes-Liu单元
• 3.1.2 Belytschko-Tsay薄壳单元
• 3.1.3 实体单元
• 3.2 碰撞过程描述基本方程
• 3.2.1 动量、质量、能量守恒方程
• 3.2.2 运动微分方程
• 3.2.3 边界条件
• 3.3 碰撞过程结构有限元离散化方程
• 3.4 碰撞过程中时间积分算法
• 3.4.1 显式中心差分法
• 3.4.2 中心差分法的稳定性
• 3.5 碰撞过程中的接触算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 整车侧碰模型的建模过程与验证
• 4.1 有限元网格划分与单元质量控制
• 4.2 碰撞模型中材料的本构关系与选取
• 4.2.1 线弹性材料模型（Linear Elastic）
• 4.2.2 弹塑性材料模型（plasticity）
• 4.2.3 刚性材料模型（rigid）
• 4.3 侧面碰撞模型的建立
• 4.3.1 碰撞模型的基本描述
• 4.3.2 模型部件连接
• 4.4 碰撞模型参数的设置及确定
• 4.5 接触问题
• 4.6 侧面碰撞仿真验证
• 4.6.1 能量关系
• 4.6.2 车身、车门变形比较
• 4.6.3 侧面碰撞侵入量和侵入速度
• 4.6.4 车身加速度比较
• 4.6.5 假人伤害值比较
• 4.7 本章小结
• 第5章 车身结构改进与零部件优化
• 5.1 侧面碰撞耐撞性分析
• 5.1.1 侧面碰撞耐撞性结构设计方法
• 5.1.2 影响侧面碰撞的主要结构和零部件
• 5.2 车身结构对侧面碰撞的影响
• 5.2.1 B柱的结构对侧面碰撞的影响
• 5.2.2 车门防撞梁对侧面碰撞的影响
• 5.2.3 门槛加强件对侧面碰撞的影响
• 5.2.4 座椅横梁对侧面碰撞的影响
• 5.3 基于侧面碰撞的车身结构优化
• 5.4 优化后的模型验证
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢