轿车侧面碰撞结构安全性设计与乘员损伤防护研究

论文摘要

随着我国汽车销量跃居世界第一，每年交通事故造成的死亡人数基本接近10万人，其中侧面碰撞事故约占事故总数的30%，但其致伤率与致死率均居第一位。因此，提高车辆乘员的安全性，降低车辆在侧面碰撞事故中对人体的损伤成为整车设计中首要的任务。本文首先全面对比了中国、欧洲、美国各项侧面碰撞法规、新车评价规程及测试方法，并对代表性的标准及新标准的发展方向进行研究分析。同时根据整车开发的一般方法详述了针对侧面碰撞的安全结构设计。论文基于非线性时域问题的显式有限元方法，利用HyperWorks前/后处理器和LS-DYNA970求解器建立某款实际研发车型的侧面碰撞有限元模型。以C-NCAP侧面碰撞要求为目标进行了模拟分析。并针对基础模型分析结果所表现出来的车身门槛变形、B柱折弯、车门结构侵入速度过大、B柱局部侵入量过大等问题进行了详细优化分析。同时提出有效的乘员损伤防护措施并从理论上验证其有效性，为侧面碰撞安全性设计提供了改进方向。最后通过前期的C-NCAP摸底试验验证了前期仿真模型的结果，同时深入的分析了试验数据，根据摸底试验结果进一步拟合前期的仿真模型，以使拟合后的仿真模型更加接近试验结果。然后再以拟合后的模型进一步进行侧面碰撞安全结构优化与碰撞试验验证，最终优化后方案的碰撞试验结果显示该车型的C-NCAP侧面碰撞得分接近满分，完全满足设定的开发设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 课题研究来源
• 1.4 本文研究目的和主要内容
• 第二章 侧面碰撞法规及评价规则
• 2.1 国外轿车侧面碰撞安全法规及 NCAP 评价规则
• 2.1.1 欧洲侧面碰撞法规及 NCAP 评价规则
• 2.1.1.1 欧洲 ECE R95 法规
• 2.1.1.2 欧洲 NCAP 新车评估
• 2.1.2 美国侧面碰撞法规及 NCAP 评价规则
• 2.1.2.1 美国 FMVSS 214 法规
• 2.1.2.2 美国 NCAP 新车评估
• 2.1.2.3 美国 IIHS 试验标准
• 2.2 国内侧面碰撞安全法规及 NCAP 评价规则
• 2.2.1 国内汽车侧面碰撞的乘员保护法规
• 2.2.2 国内 C-NCAP 新车评估
• 2.3 法规标准对比
• 2.4 汽车侧面碰撞研究的方法
• 2.4.1 实车碰撞试验法
• 2.4.2 台车碰撞试验法
• 2.4.3 计算机仿真分析法
• 2.5 小结
• 第三章 非线性时域问题的显式有限元方法
• 3.1 瞬态动力学的显式插分公式
• 3.1.1 物体运动坐标描述
• 3.1.2 方程系统
• 3.1.3 变分原理
• 3.1.4 Hamilton 原理
• 3.1.5 显式时间积分
• 3.2 B-T 壳单元
• 3.2.1 壳单元的构造
• 3.2.2 双线性插值和离散
• 3.2.3 集中质量矩阵
• 3.2.4 应变增量
• 3.2.5 旋转应力
• 3.2.6 变分方程中的应力项
• 3.2.7 应力沿厚度方向的积分
• 3.2.8 沙漏控制
• 3.3 本章小结
• 第四章 侧面碰撞安全结构设计
• 4.1 侧面碰撞安全结构设计目标及要点
• 4.2 侧面碰撞车身结构设计
• 4.2.1 车身侧部 B 柱结构
• 4.2.2 车身侧部门槛
• 4.2.3 车身骨架横梁
• 4.2.4 车门结构
• 4.3 侧面碰撞内饰件设计
• 4.3.1 车门内饰板
• 4.3.2 车门安全泡沫
• 4.3.3 侧部气囊
• 4.4 本章小结
• 第五章 侧面碰撞有限元分析方法及结果
• DYNA 侧面碰撞有限元模型建立方法'>5.1 基于 LS_DYNA 侧面碰撞有限元模型建立方法
• 5.1.1 单位制与坐标系
• 5.1.2 设计数据输入
• 5.1.3 有限元网格划分
• 5.1.3.1 有限元网格划分的方法及步骤
• 5.1.3.2 有限元网格尺寸
• 5.1.3.3 有限元网格划分细则
• 5.1.3.4 有限元网格单元的质量评估
• 5.1.4 各部件之间的连接
• 5.1.5 碰撞模型的材料定义
• 5.1.6 单元属性定义
• 5.1.7 边界条件定义
• 5.1.8 接触问题
• 5.1.9 模型检查与调试
• 5.1.10 求解及输出数据
• 5.2 基于 C-NCAP 侧面碰撞有限元分析
• 5.2.1 某车型 C-NCAP 侧碰工况有限元模型的建立
• 5.2.2 此研发车型有限元分析结果
• 5.3 有限元侧面碰撞结构优化
• 5.3.1 原因分析及设计优化
• 5.3.2 方案验证分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 C-NCAP 试验验证与优化改进
• 6.1 C-NCAP 摸底试验
• 6.1.1 C-NCAP 侧面碰撞试验
• 6.1.1.1 样车试验准备
• 6.1.1.2 试验过程及试验数据处理
• 6.1.2 C-NCAP 摸底试验数据分析
• 6.1.2.1 假人得分及受力曲线分析
• 6.1.2.2 车身结构试验数据分析
• 6.2 车身结构改进
• 6.2.1 CAE 侧碰分析模型拟合
• 6.2.1.1 试验部件状态的拟合
• 6.2.1.2 碰撞速度和位置的拟合
• 6.2.1.3 数据的精度拟合
• 6.2.2 设计输入分析
• 6.2.3 改进方案 CAE 验证并优化
• 6.3 内饰结构设计改进
• 6.4 C-NCAP 侧面碰撞再次试验验证
• 6.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢