低速碰撞中的保险杠吸能盒的结构优化

论文摘要

随着汽车保有量迅速增加,我国的道路交通事故已呈持续上升趋势。安全车身的研究作为降低汽车碰撞事故伤害的有效手段具有十分重要的作用。同时,汽车车身的碰撞安全水平作为一个汽车行业的技术壁垒影响着国产汽车的市场表现。因此,从这两个角度来说设计具有良好防撞性能的安全车身结构并研究相关的技术具有重要的理论和现实意义。本文以汽车前部保险杠系统中的关键吸能部件(吸能盒)为研究对象,分析了在低速碰撞时影响吸能盒吸能特性的各种因素。在此基础上,结合汽车修理研究协会(RCAR)的法规要求,利用多方案对比选优以及借助优化理论寻优这两种优化思路对影响吸能盒吸能特性的各个因素(截面形状、焊接成型方式、预变形及壁厚)展开了优化研究。具体的研究工作如下：首先,研究了将RCAR规定的标准碰撞实验在有限元仿真平台上的实现过程。用当前碰撞仿真领域研究所用的主流软件包搭建了本文研究用到的有限元仿真平台,并经过测试证明了运用此平台进行碰撞仿真实验的整个流程是高效的。介绍了整车有限元模型进行模型简化的必要性和原则,从理论和应用两个层面结合本文的仿真平台对此过程进行了详细的说明。其次,研究了吸能盒的截面形状、焊接成型方式、预变形这三个因素对于结构的峰值碰撞力和最大吸能量这两个吸能特性指标的影响规律。并且利用多种可行方案对比选优的方法选出这三个因素的最佳方案。仿真结果表明最佳方案的吸能特性要大大优于原始方案。最后,在利用均分法进行单因素实验设计获取壁厚取值区间的21个实验样本点的基础上,采用移动最小二乘法建立了壁厚与吸能特性之间关系的近似数学模型。并且对所建立的近似数学模型借助可行方向法进行迭代寻优,获得了壁厚的最优值。对最优壁厚值返回有限元模型中计算验证的结果表明基于近似数学模型的壁厚优化方法是可行有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车碰撞事故分析
• 1.1.1 道路交通事故的发展趋势
• 1.1.2 汽车交通事故的形式
• 1.2 被动安全性及被动安全评价体系
• 1.2.1 被动安全性
• 1.2.2 被动安全评价体系
• 1.3 汽车正面碰撞损伤机理
• 1.3.1 车身结构及其损伤分析
• 1.3.2 乘员的损伤分析
• 1.4 国内外研究概况
• 1.4.1 国外研究状况
• 1.4.2 国内的研究状况
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 显示非线性有限元基本理论和算法
• 2.1 弹性动力学基本方程及其有限元解法
• 2.2 大变形动力学基本方程及解法
• 2.3 材料非线性理论
• 2.4 接触-碰撞问题的解法
• 2.5 本章小结
• 第3章 碰撞试验的有限元仿真的实现
• 3.1 仿真平台的搭建
• 3.2 整车模型及其简化
• 3.3 简化模型的建立
• 3.3.1 单元的选择
• 3.3.2 网格质量的控制
• 3.3.3 模型材料的定义
• 3.3.4 联接关系的处理
• 3.3.5 接触关系的处理
• 3.3.6 沙漏的控制
• 3.3.7 障碍壁的设置
• 3.3.8 边界条件的定义
• 3.4 仿真结果数据的采集
• 3.4.1 碰撞变形过程图像的采集
• 3.4.2 能量-时间曲线的采集
• 3.4.3 碰撞力-时间曲线的采集
• 3.5 本章小结
• 第4章 吸能盒结构形状的改进研究
• 4.1 截面形状对吸能特性的影响
• 4.2 成型方式对吸能特性的影响
• 4.2.1 A式成型与吸能特性分析
• 4.2.2 B式成型与吸能特性分析
• 4.2.3 C式成型与吸能特性分析
• 4.2.4 D式成型与吸能特性分析
• 4.3 预变形对吸能特性的影响
• 4.3.1 第一处变形诱导槽的设计
• 4.3.2 第二处变形诱导槽的设计
• 4.3.3 比较总结
• 4.4 本章小结
• 第5章 吸能盒壁厚最优化研究
• 5.1 常用的近似数学模型理论基础
• 5.1.1 多项式响应面近似数学模型
• 5.1.2 移动最小二乘响应面近似数学模型
• 5.1.3 Kriging响应面近似数学模型
• 5.2 单因素实验设计
• 5.3 移动最小二乘近似数学模型的建立及其精度检验
• 5.3.1 移动最小二乘近似数学模型的建立
• 5.3.2 近似数学模型精度检验
• 5.4 基于近似数学模型的壁厚优化及其有效性验证
• 5.4.1 壁厚值的最优化
• 5.4.2 基于近似模型优化的有效性验证
• 5.5 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