客车正面碰撞结构安全研究

论文摘要

客车的碰撞安全性能是近年来普遍关注的问题。客车作为公路客运和城市客运的主要交通工具,载客量大,运输效率高,但事故率相对较高,一旦发生交通事故,极易造成群死群伤,带来严重的社会影响。为降低客车在交通事故中的乘员伤亡率,国际上先后颁布了多项有关客车结构安全的条例,我国也参照ECE指令等制定颁布了与国际接轨的客车车身结构强度标准。但值得关注的是,目前国内外关于客车安全性的法规仅限于对车身结构的一般性要求、客车车载装置和附件的安全性要求,以及在碰撞安全方面对侧翻碰撞的要求,而对于客车正面碰撞的安全性,至今尚未制定相关法规等规范性标准,缺乏相应的评价指标。因此,积极开展客车前部结构强度分析和客车正面碰撞试验研究具有重要的现实意义和前瞻性。本论文在查阅国内外相关文献资料的基础上,以客车车身为研究对象,结合重庆车辆检测研究院承担的交通运输部课题《西部山区营运客车安全性能试验与评价技术研究》,从显式有限元理论出发,运用ANSA、LS-DYNA等有限元分析软件,参照欧洲ECE R29法规要求,利用计算机仿真技术实现了某客车的摆锤正面撞击数值模拟。分析了该客车在模拟碰撞中车身结构变形、能量变化及加速度响应。同时,参照ECE R29法规要求,在重庆车辆检测研究院碰撞试验室完成了我国西部地区首次大型客车摆锤正面撞击试验,试验结果表明驾驶员没有受到挤压,有足够的生存空间,可以安全撤离。针对仿真结果与试验结果的差异,对仿真模型的相关参数进行了适当修正,使二者能够保持较好的一致性。最终的结果对比显示:数值模拟与实车试验得到的客车车身变形趋势较为一致,在检验客车结构安全性的关键参数上,仿真结果与试验结果比较接近,从数值上看,仿真结果略高于试验值。本论文的研究,初步探讨了大中型客车正面碰撞仿真研究的一般性方法和思路。所采用的计算机仿真分析方法,为进一步深入研究分析大中型客车车身结构强度及碰撞安全性提供了参考和借鉴。客车正面摆锤撞击试验的顺利进行,不仅为仿真结果验证和后续车型改进提供了可靠的试验数据,而且为我国客车正面碰撞标准的制订进行技术积累,对我国客车正面碰撞安全法规的尽早出台起到积极的促进作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 存在的主要问题
• 1.3 客车碰撞研究方法
• 1.3.1 试验研究方法
• 1.3.2 仿真研究方法
• 1.4 论文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 客车正面碰撞仿真理论基础
• 2.1 有限元理论概述
• 2.1.1 隐式有限元
• 2.1.2 显式有限元
• 2.2 显式有限元理论基础
• 2.2.1 物体的构型描述
• 2.2.2 虚位移原理与虚应力原理
• 2.2.3 能量方程
• 2.2.4 控制方程
• 2.2.5 边界条件
• 2.2.6 接触界面处理
• 2.3 本章小结
• 第三章 客车正面碰撞仿真分析
• 3.1 有限元仿真软件介绍
• 3.1.1 ANSA 简介
• 3.1.2 LS-DYNA 简介
• 3.1.3 LS-PREPOST 简介
• 3.2 客车正面碰撞仿真影响因素分析
• 3.2.1 单元类型的影响
• 3.2.2 单元尺寸的影响
• 3.2.3 接触定义
• 3.2.4 沙漏控制
• 3.2.5 时间步长的影响
• 3.3 客车正碰仿真试验条件、流程及注意事项
• 3.3.1 仿真试验条件
• 3.3.2 仿真流程
• 3.3.3 建模注意事项
• 3.4 客车正面碰撞仿真模型的建立
• 3.4.1 整车参数与几何模型
• 3.4.2 材料设置
• 3.4.3 单元划分
• 3.4.4 网格质量检查
• 3.4.5 载荷处理
• 3.4.6 连接方式的设定
• 3.4.7 客车有限元模型
• 3.4.8 碰撞初始条件设置
• 3.4.9 输出信息控制
• 3.5 仿真结果分析
• 3.5.1 碰撞变形分析
• 3.5.2 能量及速度变化
• 3.5.3 加速度响应
• 3.6 本章小结
• 第四章 客车正面碰撞试验研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 客车正面碰撞试验方法
• 4.1.2 客车正碰试验发展趋势
• 4.1.3 客车正碰试验存在的问题
• 4.2 客车正面碰撞试验过程
• 4.2.1 试验目的
• 4.2.2 试验依据
• 4.2.3 试验设备与车辆
• 4.2.4 试验步骤
• 4.3 试验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真与试验结果对比分析及模型修正
• 5.1 仿真结果与试验结果对比分析
• 5.1.1 结构变形对比
• 5.1.2 加速度响应对比
• 5.2 客车正面碰撞仿真模型修正
• 5.3 模型修正前后结果对比分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果