组合薄壁圆形吸能管的碰撞波形复现特性研究

论文摘要

台车碰撞试验具有成本低、拟合度高、重复性好等特点，常用于代替实车碰撞进行乘员约束系统的性能研究。碰撞缓冲吸能装置是台车碰撞试验的关键，其不仅要吸收碰撞过程中产生的能量，还要复现出实车的正面碰撞加速度波形。在拟合加速度曲线时，上升阶段的台车试验曲线走势要与实车基本一致，两条曲线各峰值的大小及发生时间也要对应相等，其相对误差一般控制在10%以内。在分析国内外各类台车碰撞缓冲吸能装置的基础上，本文提出了采用多根薄壁圆形吸能管的组合结构来复现实车正面碰撞加速度波形的方法。通过大量文献阅读和台车仿真分析验证，总结了轴向载荷作用下薄壁圆形吸能管的破坏模式，并对影响变形模式的各种因素逐一进行了分析。以某量产紧凑车型的正面碰撞加速度波形为拟合目标，通过台车仿真分析，提出了初始的吸能管组合方案，并进行了台车试验研究。通过调整材料应变率参数C、P及失效塑性应变参数EPPF的取值，权衡材料破坏模式和应变率效应的综合作用，得到了拟合度较好的台车仿真加速度曲线。采用修正后的材料模型进行仿真分析，重新确定了吸能管的数目、长度、外径、壁厚取值以及诱导孔的开设情况，并利用台车试验验证了该参数方案的可行性。通过研究5根吸能管组合结构对等效双梯形波、类梯形波、双斜坡波等三类实车加速度波形的拟合效果，得出当吸能管外径为Φ114mm时，改变各管的长度和壁厚取值可以有效复现出各类实车加速度波形。为提高获取吸能管各参数的效率，可以采用人工神经网络预测研究与台车仿真分析相结合的方式。建立了一个基于BP神经网络系统的吸能管参数预测模型，训练后的神经网络系统可以根据实车的正面碰撞加速度波形，有效预测出各薄壁圆形吸能管的参数值，与期望输出的相对误差在10%以内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外汽车碰撞试验方法研究
• 1.1.1 实车碰撞试验
• 1.1.2 零部件台架试验
• 1.1.3 台车碰撞试验
• 1.2 正碰台车试验系统简介
• 1.2.1 台车及其牵引装置
• 1.2.2 碰撞缓冲吸能装置
• 1.2.3 电测量系统
• 1.2.4 光学测量系统
• 1.2.5 正碰试验假人
• 1.3 缓冲吸能装置的国内外研究现状
• 1.3.1 冲撞式缓冲吸能装置
• 1.3.2 发射式缓冲吸能装置
• 1.3.3 反弹式缓冲吸能装置
• 1.4 本课题研究的内容
• 第2章 轴向冲击下薄壁圆形吸能管的动态响应特性研究
• 2.1 薄壁圆形吸能管的动态屈服类型
• 2.1.1 动力塑性屈服
• 2.1.2 动力渐进屈服
• 2.2 薄壁圆形吸能管的破坏模式
• 2.3 薄壁圆形吸能管动态响应的影响因素
• 2.3.1 几何特性
• 2.3.2 载荷特性
• 2.3.3 材料特性
• 2.3.4 初始缺陷
• 2.4 本章小结
• 第3章 吸能管模拟实车正碰波形的仿真及试验研究
• 3.1 初始方案的仿真及试验研究
• 3.1.1 台车仿真模型的建立
• 3.1.2 吸能管初始参数的确定
• 3.1.3 台车试验研究
• 3.2 最终方案的仿真及试验研究
• 3.2.1 台车仿真模型的修正
• 3.2.2 吸能管最终参数的确定
• 3.2.3 台车试验研究
• 3.2.4 仿真模型的验证
• 3.3 本章小结
• 第4章 薄壁圆形吸能管对加速度曲线的拟合效果分析
• 4.1 实车正碰加速度波形特性
• 4.2 吸能管壁厚取值对加速度波形的影响
• 4.2.1 2 根吸能管模型
• 4.2.2 3 根吸能管模型
• 4.3 各类实车加速度波形的拟合
• 4.3.1 等效双梯形波的拟合
• 4.3.2 类梯形波的拟合
• 4.3.3 双斜坡波的拟合
• 4.4 吸能管参数取值范围的确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 BP 神经网络在吸能管参数预测中的应用
• 5.1 人工神经网络简介
• 5.1.1 生物神经元
• 5.1.2 人工神经元
• 5.1.3 人工神经网络结构
• 5.1.4 MATLAB 神经网络工具箱介绍
• 5.2 BP 网络建模
• 5.2.1 网络算法的实现
• 5.2.2 网络结构参数的确定
• 5.3 BP 网络训练
• 5.3.1 训练数据的确定
• 5.3.2 网络训练及调整
• 5.4 BP 网络测试
• 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