轿车车身骨架的结构强度分析及碰撞安全性仿真

论文摘要

随着社会经济的发展进步,汽车已经成为一种必不可少的交通工具,然而伴随而来的各类交通事故给人们的生命和财产安全构成了极大的威胁,因此越来越多的消费者对汽车的整体性能以及汽车安全性的要求也普遍提高。为了提高汽车产业的效益,也为了维护消费者的利益,对汽车整体性能的研究已经成为汽车研究领域的重要课题之一。汽车是由发动机、车身、底盘以及电气设备等组成的复杂结构。车身是汽车的重要组成部分,车身性能的好坏对汽车的整体性能有很大的影响。汽车在实际行进过程中所受到的载荷情况很复杂,因此,采用经典力学的计算方法对其进行分析有很大的局限性。而利用有限元法则可以很方便的对复杂结构进行分析计算,随着有限元法的发展和应用,为对汽车整体性能及安全性进行仿真模拟提供了一种可靠的计算方法。根据汽车车身的受力特点,忽略了车身覆盖件,只研究车身骨架的力学性能。利用大型通用有限元分析软件ANSYS提供的变截面梁单元建立了对此车身骨架进行结构静力分析以及模态分析的有限元模型,并计算得到了此车身骨架在不同工况下的静态特性;同时对此车身骨架进行模态分析,得到了其固有频率及振型;通过对计算结果进行分析,为进一步对此车身骨架进行优化设计提供了依据。为研究此车身骨架的被动安全性,利用ANSYS软件中的LS-DYNA模块,对此车身骨架进行了正面碰撞模拟仿真,得到了此车身骨架发生正面碰撞时其速度、加速度、能量等变化规律,为后续的研究提供依据。通过对汽车车身骨架进行结构静力分析、模态分析以及正面碰撞仿真模拟,系统全面的研究了此车身骨架的整体性能,并对此车身骨架的结构改进提出了一定的修改建议,为进一步进行此车身骨架的优化设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 有限元法在汽车仿真计算中的应用概况
• 1.3 汽车碰撞仿真的研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容
• 2 有限元方法及ANSYS软件简介
• 2.1 有限元方法简介
• 2.2 ANSYS简介
• 2.2.1 ANSYS软件的基本功能
• 2.2.2 ANSYS软件求解的一般步骤
• 2.2.3 ANSYS/LS-DYNA简介
• 2.2.4 ANSYS/LS-DYNA求解的一般步骤
• 3 车身骨架的有限元网格模型
• 3.1 ANSYS创建有限元模型的一般步骤
• 3.2 车身骨架的有限元模型
• 3.3 本章小结
• 4 车身骨架的结构静力学分析
• 4.1 车身骨架在弯曲工况下的结构静力分析
• 4.1.1 弯曲工况下车身骨架的边界条件
• 4.1.2 弯曲工况下计算结果分析
• 4.2 车身骨架在扭转工况下的响应
• 4.2.1 车身骨架在第一种扭转工况下的响应
• 4.2.2 车身骨架在扭转第二种工况下的响应
• 4.3 本章小结
• 5 整车车身骨架的模态分析
• 5.1 ANSYS模态分析简介
• 5.2 汽车车身骨架的模态分析结果
• 5.3 本章小结
• 6 车身骨架正面碰撞仿真模拟
• 6.1 车身正面碰撞的理论基础
• 6.1.1 接触碰撞的数值计算方法
• 6.1.2 接触碰撞算法的有限元实现
• 6.1.3 变形体与刚性墙碰撞问题
• 6.2 车身骨架碰撞仿真模拟
• 6.2.1 车身骨架几何模型
• 6.2.2 车身骨架的有限元模型
• 6.2.3 碰撞仿真模拟的接触定义
• 6.2.4 碰撞仿真的载荷条件
• 6.2.5 碰撞仿真的求解控制
• 6.3 车身骨架正面碰撞仿真结果
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 附录