基于行人头部保护的新型复合材料发动机罩设计

论文摘要

随着汽车安全的发展,对于车外行人的保护越来越受到人们的重视,目前包括欧洲和日本在内的许多国家都制定出了一系列的行人损伤评价方法。在车辆与行人发生碰撞的过程中,行人头部极易与汽车发动机罩甚至挡风玻璃相撞产生致命的损伤。为了减少行人在与车辆撞击中的头部损伤,本文设计了一种内发泡棉复合材料式汽车发动机罩,应用LS-DYNA建立了仿真模型,探求了具有最佳头部保护效果的材料力学及结构参数。本文应用某款轿车整车有限元模型,按照EEVC WG17法规建立了行人头部冲击器撞击发动机罩的有限元模型,应用LS-DYNA进行了撞击仿真分析,得到了该车原钢板材料参数下的行人头部损伤值,结果表明发动机罩铰链上部及悬架支撑罩上部各测试点能够造成较大的头部损伤值。内发泡棉复合材料由上下碳纤维复合材料层合板及中间发泡棉构成,文中介绍了内发泡棉复合材料平板的制备过程,对由碳纤维复合材料单层力学性能计算碳纤维复合材料层合板力学性能做了介绍。进行了碳纤维层合板及内发泡棉复合材料板的静压及撞击仿真分析,同时辅助试验分析,验证了仿真模型的正确性;应用简化模型分析了内发泡棉复合材料材料参数对行人头部撞击损伤值的影响;建立了行人头部冲击器撞击内发泡棉复合材料发动机罩的有限元模型,应用正交试验的方式对具有最佳的行人头部保护功效的材料参数进行了探求,最后确定了阶梯式发动机罩结构具有最佳的行人头部保护效果,采用阶梯式发动机罩结构成人头部各试验点损伤值平均降低了约35.0%,儿童头部各试验点损伤值平均降低了约8.4%;进行了整车正撞仿真,得出了采用新材料后不会降低原车正撞性能的结论;进行了轻量化分析,采用新材料后发动机罩重量仅为原重量的54.15%。本文的研究内容为新型复合材料在车身上的应用提供了依据,为设计具有行人保护功效的发动机罩提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 行人保护研究方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 行人保护法规
• 1.3.2 发动机罩行人保护的研究现状
• 1.4 课题背景与主要研究内容
• 第2章 原车头部撞击损伤评价
• 2.1 行人头部损伤评价标准
• 2.2 EEVC行人头部冲击器试验标准
• 2.2.1 行人头部冲击器尺寸结构参数
• 2.2.2 行人头部冲击器试验方法
• 2.2.3 试验区域的划分规则
• 2.2.4 试验点的选择依据
• 2.3 撞击模型的建立
• 2.3.1 头部冲击器有限元模型的建立
• 2.3.2 整车有限元模型介绍
• 2.3.3 头部冲击器撞击模型的建立
• 2.4 试验点的选择
• 2.5 头部撞击仿真分析
• 2.5.1 数据分析方法
• 2.5.2 成人头部损伤分析
• 2.5.3 儿童头部损伤分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 内发泡棉复合材料及其力学性能计算
• 3.1 内发泡棉复合材料简介
• 3.2 内发泡棉复合材料平板制备工艺
• 3.3 内发泡棉复合材料力学性能计算
• 3.3.1 单层的正轴力学参数
• 3.3.2 单层的轴偏力学参数
• 3.3.3 对称铺设的复合材料层合板力学参数的计算
• 3.3.4 复合材料层合板力学性能计算步骤
• 3.4 本章小结
• 第4章 影响头部损伤因素分析
• 4.1 内发泡棉复合材料板撞击模型的建立
• 4.2 内发泡棉复合材料试验分析
• 4.2.1 试验台介绍
• 4.2.2 仿真模型的试验验证
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 行人头部损伤影响因素的研究
• 4.3.1 碳纤维复合材料力学性能对HIC值的影响
• 4.3.2 碳纤维复合材料厚度对HIC值的影响
• 4.3.3 发泡棉厚度对HIC值的影响
• 4.3.4 发动机舱内零件与发动机罩距离对HIC值的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 内发泡棉复合材料发动机罩设计
• 5.1 仿真模型的建立
• 5.2 内发泡棉复合材料发动机罩初步设计
• 5.2.1 正交试验设计
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 内发泡棉复合材料发动机罩的进一步研究
• 5.3.1 试验设计
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 新材料发动机罩整车正撞分析
• 5.5 发泡棉复合材料发动机罩的轻量化效果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢