汽车碰撞与前保险杠缓冲装置性能研究

论文摘要

随着汽车保有量的增加,汽车道路交通事故逐年上升,已成为全球范围内的一大危害。从各类交通事故的发生来看,其中以正面相撞、侧面相撞和尾随相撞的后果最为严重。因此,增加汽车的吸能构件,改进吸能构件的结构形式,增加其吸能特性便显得尤为重要。本文主要研究汽车的正面碰撞过程,即汽车与刚性墙的碰撞,包括低速碰撞与高速碰撞。汽车保险杠是正面碰撞时首先接触到障碍物的汽车部件,因此必须提高保险杠的缓冲吸能性。本文首先根据加拿大CFVSS215保险杠低速碰撞(8km/h)法规要求,对某款车型保险杠的缓冲支架进行改进,目的在于使保险杠在整个汽车正碰过程中的缓冲性能得以提高。分别采用圆形截面,波纹型,填充物结构的缓冲支架进行仿真分析,分别从速度,加速度,与刚性墙的碰撞力,吸能构件的吸能情况进行对比研究,通过仿真分析和对比研究的结果说明了以上三种缓冲吸能支架在正碰缓冲吸能中起到的作用,并横向对比了在低速条件下这三种缓冲吸能结构的不同之处。以低速碰撞的结论作为依据,设计了某款电动式缓冲吸能机构,将缓冲吸能机构安装在FORD某款车型上,进行高速碰撞(56km/h)仿真分析。对安装电动式缓冲吸能机构的整车在速度,前车身X方向相对位移,A柱上一点的相对位移,B柱上一点的相对位移,座椅一点的速度变化,座椅上一点加速度的变化,座椅与仪表盘上一点相对位移等方面进行对比。对比结论充分说明安装缓冲吸能机构的整车,在降低速度,加速度峰值,延长峰值产生时间方面都有明显提高,在上述的相对位移方面,驾驶室内的相对位移增加了100mm左右。在吸能方面,电动式缓冲吸能机构在安装的前后将整车在56km/h的碰撞中的吸能能力提升了2%。最后,本文通过某款卡车与高速公路防护栏的碰撞仿真分析,卡车重7吨,时速80km/h,以15°与波纹梁型防护栏进行碰撞。通过该仿真证明了波纹型防护栏在对高速度重型卡车碰撞的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 汽车碰撞的研究现状
• 1.2.1 汽车实车碰撞试验
• 1.2.2 汽车碰撞仿真实验
• 1.3 汽车碰撞缓冲吸能结构的国内外研究现状
• 1.4 各国汽车碰撞测试标准简介
• 1.5 本课题研究主要内容
• 第2章 碰撞有限元基本理论和算法
• 2.1 虚功原理与有限元方程
• 2.1.1 初始条件
• 2.1.2 边界条件
• 2.1.3 解除条件
• 2.2 显示时间积分及时间步长
• 2.3 接触一碰撞的数值计算方法
• 2.3.1 接触界面与非嵌入条件
• 2.3.2 接触一碰撞算法的有限元实现
• 2.4 沙漏及控制途径
• 2.5 本章小结
• 第3章 汽车低速碰撞仿真及前保险杠缓冲吸能装置结构特性分析
• 3.1 引言
• 3.1.1 计算机仿真汽车碰撞过程的研究应用
• 3.1.2 低速条件下吸能装置的结构特性研究过程
• 3.2 整车几何模型的建立和网格划分
• 3.2.1 整车几何模型的建立
• 3.2.2 整车网格的划分
• 3.2.3 各部件材料属性的确定
• 3.2.4 整车连接形式
• 3.3 低速碰撞下保险杠缓冲吸能装置的研究
• 3.3.1 原车型所配保险杠总成在低速碰撞下吸能特性研究
• 3.3.2 低速碰撞条件下圆形缓冲吸能结构
• 3.3.3 低速碰撞条件下波纹型缓冲吸能结构
• 3.3.4 低速碰撞条件下填充物形式缓冲吸能结构
• 3.3.5 三种改进后结构的各种性能对比
• 3.3.6 材料对吸能件的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 汽车高速碰撞仿真及前保险杠缓冲吸能件结构设计分析
• 4.1 吸能件的结构设计
• 4.2 吸能件的有限元模型简化及网格划分
• 4.3 高速碰撞模拟仿真
• 4.3.1 改进前后整车碰撞参数对比
• 4.3.2 保险杠部分吸能性研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 波纹梁护栏受汽车高速碰撞有限元分析
• 5.1 卡车,卡车与波形梁护栏的几何模型
• 5.2 卡车碰撞有限元分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢