基于截面尺寸优化的前纵梁耐撞性研究

论文摘要

正面碰撞占交通事故的比重最高，造成的乘员伤害最多，因此研究汽车纵向被动安全性具有极其重要的意义。提高车体耐撞性是预防交通事故中人员伤亡的重要措施，而前纵梁对车身纵向耐撞性影响最大。本文寻求一种易于实现的设计方案对前纵梁耐撞性进行优化，以满足安全性能的需求，同时兼顾车身轻量化。论文围绕提高前纵梁的耐撞性这一技术需求，在大量仿真试验数据的基础上，应用响应面法，对前纵梁截面尺寸参数进行优化，求解最优的截面尺寸布置，提高了前纵梁耐撞性，使汽车的正向碰撞结构被动安全性得到改善。本文主要进行了以下几个方面的工作：（1）以某款三厢轿车作为研究对象，基于显式算法有限元理论与工程实践经验，选用合理的建模方法，充分考虑计算精度与求解效率，建立以40%重叠可变形壁障碰撞测试仿真分析为目的的整车有限元模型；（2）对整车有限元模型进行偏置碰撞求解，选用行业普遍采用的方法，评价B柱加速度与关键位置对乘员舱的侵入量，进而评价整车结构纵向耐撞性及前纵梁耐撞性；（3）建立前纵梁压溃仿真模型，根据前纵梁截面尺寸参数得到设计变量，基于仿真试验数据，构建响应面模型，求解优化结果，获得前纵梁耐撞性的最优截面尺寸方案；（4）将优化所得前纵梁截面参数应用于原车型中，参照新车评价标准中40%重叠可变形壁障碰撞试验办法，进行偏置碰撞仿真分析，评价前纵梁截面优化对其在正向碰撞中耐撞性及整车纵向被动安全性的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 汽车被动安全的研究意义
• 1.1.2 汽车正面碰撞耐撞性的研究意义
• 1.1.3 前纵梁耐撞性的研究意义
• 1.1.4 薄壁构件压溃的研究意义
• 1.2 正面碰撞的试验法规与新车评价标准
• 1.2.1 正面碰撞试验法规
• 1.2.2 新车评价标准
• 1.3 国内外相关研究的现状与发展
• 1.3.1 薄壁构件耐撞性的研究现状与发展
• 1.3.2 有限元计算仿真的应用及其现状
• 1.4 本文研究目的和主要内容
• 第2章 碰撞分析的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 显式非线性有限元算法的理论基础
• 2.2.1 控制方程推导
• 2.2.2 中心差分法
• 2.2.3 时间步长控制与质量缩放
• 2.2.4 相关算法及重要概念
• 2.5 本章小结
• 第3章 正面偏置碰撞有限元建模及分析
• 3.1 引言
• 3.2 整车有限元模型建立
• 3.2.1 车身几何数据离散化
• 3.2.2 焊点连结
• 3.2.3 运动副连结
• 3.2.4 材料类型的选取
• 3.2.5 整车模型概述
• 3.3 偏置碰撞有限元计算
• 3.3.1 计算输出要求
• 3.3.2 偏置碰撞有限元计算结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 前纵梁截面耐撞性的优化
• 4.1 前纵梁截面优化模型
• 4.1.1 前纵梁压溃模型的建立
• 4.1.2 前纵梁截面参数化
• 4.1.3 响应面模型
• 4.1.4 构建截面尺寸响应面方程
• 4.2 优化纵梁偏置碰撞计算与评价
• 4.2.1 优化纵梁的生成
• 4.2.2 优化前纵梁的耐撞性
• 4.2.3 整车耐撞性的提升
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读硕士学位期间从事的主要研究工作