汽车正面碰撞结构耐撞性与乘员保护关系研究

论文摘要

我国的汽车生产厂商都在努力提高其产品的安全性能,力求通过碰撞法规或在C-NCAP规程中得到更高的评分,以此促进销量、提高产品竞争力。本文针对我国的正面碰撞法规—乘用车正面碰撞的乘员保护（GB11551-2003）和中国新车评价规程（C-NCAP）,运用基于有限元法的CAE仿真技术对微型客车的耐撞性关键结构、结构的耐撞性能、假人伤害三个方面内容进行研究,揭示结构耐撞性与乘员保护之间的关系,力求达到利用低成本、优结构来提高乘员被动安全性。主要工作与结论如下:①建立了包括车身、悬架系统、轮胎、刚性墙、假人、安全带、安全气囊等较为完整的汽车正面碰撞仿真有限元模型,为碰撞仿真奠定了基础;②利用结构耐撞性主要的评价指标:吸能总量、吸能比、质量能密度、相对位移、最大加速度、平均加速度、加速度均方根等,找出微型客车中对乘员保护起到重要作用的关键耐撞性结构:前纵梁、前轮罩支撑板、前轮罩和前地板;③根据结构耐撞性设计原则,对关键耐撞性结构,尝试从吸能特性、刚度分配、材料屈服强度等方面研究结构参数的改变对假人伤害的影响,分析了改进结构的耐撞性能和对乘员保护的作用,并兼顾成本和工艺,选择合理的结构参数匹配,确定了最终的改进方案。结果表明:最终改进方案使假人的头部、颈部、胸部和大腿达到高性能指标,同时符合我国正碰法规GB11551-2003;④总结出汽车正面碰撞的结构耐撞性与乘员保护的相关关系,即“为了获得对乘员的最佳保护,同时达到节约材料,降低成本,应在前轮罩支撑板的吸能量、前纵梁的刚度分配、前地板刚度、前轮罩材料强度等主要因素方面进行考虑,权衡利弊得失,选择最佳匹配值”。本课题揭示了微型客车正面碰撞的结构耐撞性与乘员保护部位的相关关系,使得乘员保护在符合我国正碰法规（GB11551-2003）的同时,提高了其C-NCAP的得分,可为微型客车生产厂家在提高其产品安全性能方面提供参考,并对碰撞仿真技术的应用和拓展增添新内容。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外情况
• 1.2.2 国内情况
• 1.3 研究目的和内容
• 2 整车有限元模型的建立
• 2.1 网格的离散化
• 2.2 单元特性的选取
• 2.3 材料属性的选取
• 2.4 整车模型的装配
• 2.5 假人和安全带、安全气囊的建立
• 2.6 正碰刚性墙的建立
• 2.7 整车接触类型的选择
• 2.8 整车沙漏的控制
• 2.9 显示积分时间步长的控制
• 2.10 本章小结
• 3 碰撞试验假人的标定
• 3.1 头部标定
• 3.1.1 假人头部的结构特点
• 3.1.2 标定的方法与要求
• 3.1.3 头部标定模型和标定结果
• 3.2 颈部标定
• 3.2.1 假人颈部的结构特点
• 3.2.2 标定的方法与要求
• 3.2.3 颈部标定模型和标定结果
• 3.3 胸部标定
• 3.3.1 假人胸部的结构特点
• 3.3.2 标定的方法与要求
• 3.3.3 胸部标定模型和标定结果
• 3.4 膝部标定
• 3.4.1 假人膝部的结构特点
• 3.4.2 标定的方法与要求
• 3.4.3 膝部标定模型和标定结果
• 3.5 本章小结
• 4 原车正面碰撞仿真的模型验证与结果评价
• 4.1 仿真过程参数设置与控制
• 4.2 模型验证
• 4.3 结构耐撞性评价
• 4.3.1 位移变形评价
• 4.3.2 吸能特性评价
• 4.3.3 加速度水平评价
• 4.4 乘员保护评价
• 4.4.1 乘员保护评价指标
• 4.4.2 乘员保护具体评价
• 4.5 乘员约束系统评价
• 4.6 本章小结
• 5 结构耐撞性与乘员保护关系研究
• 5.1 正碰的主要耐撞性结构筛选
• 5.2 确定关键的耐撞性结构
• 5.3 结构耐撞性能探讨
• 5.3.1 结构耐撞性的设计原则
• 5.3.2 结构耐撞性的主要影响因素
• 5.4 耐撞性结构的改动与评价
• 5.4.1 前轮罩支撑板的结构影响
• 5.4.2 前纵梁的刚度影响
• 5.4.3 前地板刚度影响
• 5.4.4 前轮罩的屈服强度影响
• 5.5 确定最终改进方案
• 5.5.1 提出最终改进措施
• 5.5.2 评定最终改进方案
• 5.6 建立汽车正面碰撞的结构耐撞性与乘员保护的关系
• 5.6.1 分析结构耐撞性与乘员保护的关系
• 5.6.2 建立结构耐撞性与乘员保护的关系
• 5.7 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目