面向事故再现的轿车有限元模型及碰撞仿真研究

论文摘要

汽车的问世为人类社会的进步和发展做出了重大贡献,与此同时,它也给人们的生命财产安全带来了一定的危害。而现今社会轿车的数量之多、速度之快使之成为车辆碰撞事故的主要肇事车辆。轿车有限元模型构建及碰撞仿真分析研究,对于轿车参与肇事的道路交通事故车速推算、运动轨迹再现及碰撞变形分析具有重要的理论与实际意义,对于改进轿车结构设计,改善轿车被动安全性具有重要的指导意义和实际应用价值。本文以桑塔纳2000型轿车为研究对象,在系统分析其各部分几何结构参数特征的基础上,应用SOLIDWORKS三维CAD软件,构建了车辆各总成的CAD模型。充分吸收借鉴有限元分析基本理论,并分析桑塔纳2000型轿车各部位的材料硬度数据的基础上,研究了轿车有限元模型构建的一般方法。同时利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对桑塔纳2000型轿车进行单元类型选择和网格划分,对其部件的材料模型、联接方式、接触类型及初始条件设定等问题进行了研究,并最终建立了桑塔纳2000型轿车的有限元模型。通过反复进行轿车模型的正面碰撞仿真测试实验,碰撞参数分析计算,轿车模型结构调整,建立了精确的轿车碰撞有限元模型。通过对碰撞过程中轿车模型的加速度变化、能量转化规律及应力分布规律的深入分析,提出了该型轿车的结构优化设计方案。本文研究成果中,桑塔纳2000型轿车有限元模型可直接应用于有该型轿车肇事的道路交通事故再现分析中。轿车有限元模型构建方法,可用于构建其它车型的有限元模型。轿车碰撞仿真分析结果,可用于改进该型轿车的结构设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外综述
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 轿车碰撞有限元模型的建立
• 2.1 轿车有限元模型的建立过程分析
• 2.2 车身几何模型的建立及简化分析
• 2.2.1 轿车结构计算模型
• 2.2.2 建立车身几何模型的特性分析
• 2.2.3 模型的建立
• 2.2.4 模型的导入
• 2.3 车身有限元模型的建立
• 2.3.1 单元划分
• 2.3.2 材料选择
• 2.3.3 部件联接问题
• 2.3.4 接触界面的定义
• 2.3.5 初始速度的定义
• 2.3.6 定义求解时间
• 2.3.7 轿车有限元模型
• 2.4 模拟碰撞主要影响因素分析
• 2.4.1 网格密度
• 2.4.2 焊点布置
• 2.4.3 车身重量
• 2.5 本章小结
• 第3章 轿车碰撞仿真分析
• 3.1 轿车正面碰撞分析评价指标
• 3.1.1 碰撞过程中的加速度
• 3.1.2 碰撞过程中的平均加速度
• 3.1.3 碰撞过程中的加速度均方根
• 3.1.4 碰撞过程中的最大加速度
• 3.1.5 应力、变形及能量
• 3.2 轿车框架模型正面碰撞刚性壁仿真分析
• 3.2.1 动力学参数分析
• 3.2.2 能量转化分析
• 3.2.3 应力及变形分析
• 3.3 轿车车身模型正面碰撞刚性壁仿真分析
• 3.3.1 动力学参数分析
• 3.3.2 能量转化分析
• 3.3.3 应力及变形分析
• 3.4 轿车整车模型正面碰撞刚性壁仿真分析
• 3.4.1 动力学参数分析
• 3.4.2 能量转化分析
• 3.4.3 应力及变形分析
• 3.4.4 桑塔纳2000 型轿车结构优化设计方案
• 3.4.5 车身结构改进及其仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 轿车有限元模型及碰撞仿真分析在事故再现中的应用
• 4.1 道路交通事故再现
• 4.1.1 道路交通事故再现的方法
• 4.1.2 道路交通事故仿真再现
• 4.2 轿车有限元模型在事故再现中的应用
• 4.2.1 事故车辆信息数据的直接提取
• 4.2.2 事故车辆的动力学分析
• 4.2.3 事故过程的动态仿真演示
• 4.3 轿车碰撞有限元仿真分析在事故再现中的应用
• 4.3.1 碰撞变形分析与显示
• 4.3.2 车辆碰撞速度与变形量关系的确定
• 4.3.3 车内乘员动态相应分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢