汽车侧面碰撞动力学模型及结构刚度分析

论文摘要

侧面碰撞已经成为我国交通事故中的第一大事故形态。结构良好的耐冲击性能是对乘员进行保护的前提条件。对侧面结构之间刚度的良好匹配能够更好对乘员进行保护。本论文采用理论计算、有限元仿真分析与试验相结合的方法，对汽车侧面碰撞动力学模型及结构刚度加以分析。论文将可移动壁障（MDB）对刚体墙的正面碰撞过程简化为基于单集中质量的动力学模型，并由此确定了集中质量模型中弹簧阻尼单元的刚度特性；将MDB对车辆的侧面碰撞过程简化为基于两集中质量的动力学模型，通过模拟速度曲线与实测速度曲线的对比验证了上述弹簧阻尼单元的刚度特性有效性。在此基础上建立了基于四集中质量的侧撞动力学模型，通过设置合适的模型参数能够对实测速度曲线进行较好的拟合。该动力学模型计算较为简便，且模型中的参数便于实际测量。对模型刚度参数进行了影响因素分析，发现通过采用增大软内饰区厚度到0.28m、增大车门与车体连接刚度到120kN/m、减小软内饰区刚度到9kN/m的结构改进方案，假人盆骨处加速度峰值由50.5g下降到24.9g，有效的减少了乘员损伤。在有限元仿真环境下，计算得到了结构刚度。结构平均刚度与动力学模型中的刚度参数取值较为接近，而分段刚度曲线能够较好的代替仿真刚度曲线。计算得到了碰撞接触面上力分布的时域响应，能够较好反映侧面结构刚度的强弱。讨论分析了车身侧面力分布时域响应的实际获取方法。结果发现当力测量装置安装在无蜂窝铝的MDB表面撞击试验车辆时，得到的力分布时域响应与侧撞法规试验中接触面上的最为相似。为了实现侧面碰撞中对力分布的测量，设计了测力单元和对不同材料的落锤冲击实验，并对比了通过实测力得到的刚度和通过加速度估算得到的刚度。实验结果表明，测力单元能够在125mm×125mm的范围内对碰撞力进行测量，通过测力单元与加速度传感器配合可以较为简便的得到试件的刚度。在特定工况下，可以使用加速度估算得到部件的刚度，但使用实测力得到的刚度则更为准确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外侧面碰撞法规综述
• 1.2.1 国外侧面碰撞试验法规介绍
• 1.2.2 欧美侧面碰撞法规发展历程
• 1.2.3 我国侧面碰撞相关法规及标准
• 1.3 可移动壁障（MDB）发展现状
• 1.4 汽车侧面碰撞结构刚度领域研究现状
• 1.4.1 汽车侧面碰撞动力学模型概述
• 1.4.2 测力墙研究概述
• 1.5 试验室在侧面碰撞安全方面开展的工作
• 1.6 课题背景及重点
• 第2章 基于集中质量的汽车碰撞动力学模型分析
• 2.1 基于单集中质量的正撞动力学模型
• 2.2 基于两集中质量的侧撞动力学模型
• 2.3 侧撞总接触刚度的有限元仿真计算
• 2.4 小结
• 第3章 基于四集中质量的侧撞动力学模型建立及分析
• 3.1 模型建立
• 3.1.1 目标速度曲线
• 3.1.2 四集中质量模型建立
• 3.1.3 模型参数初始值讨论
• 3.2 四集中质量模型计算与验证
• 3.3 模型参数控制
• 3.3.1 单一参数影响分析
• 3.3.2 两参数影响分析
• 3.3.3 对该车型的改进方案分析
• 3.4 小结
• 第4章 汽车侧面结构刚度的有限元仿真计算
• 4.1 刚度参数在有限元模拟中的测量方法
• 4.1.1 侧面碰撞有限元模型建立
• 4.1.2 刚度参数在有限元模拟中的测量方法
• 4.1.3 计算结果
• 4.2 车身侧面力分布时域响应获取方法
• 4.2.1 接触力分布时域响应测量的有限元模拟
• 4.2.2 应力云图时域响应
• 4.2.3 基于实测方法的替代接触力分布时域响应研究
• 4.3 小结
• 第5章 汽车侧面结构刚度的测量方法研究
• 5.1 电测量系统简介
• 5.2 实验方案设计
• 5.3 实验数据采集及分析
• 5.3.1 蜂窝铝接触撞击实验
• 5.3.2 木板接触撞击实验
• 5.3.3 塑料泡沫接触撞击实验
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果