低速碰撞下汽车吸能装置的性能研究

论文摘要

随着汽车工业的迅速发展,汽车碰撞问题已成为国内外车辆研究领域的重点和热点。在我国针对汽车的高速碰撞研究较多,而对低速碰撞的研究较少。所以本文对低速碰撞的问题进行研究。本文采用有限元方法,以LS-DYNA为平台,对低速碰撞情况下汽车吸能装置的结构特性进行研究,尤其是材料特性对吸能装置的影响进行了分析,并提出了具体的优化设计方法。在结构特性研究方面,将吸能装置简化为薄壁直梁构件,运用有限元方法模拟碰撞过程,得出计算结果。并将该结果与数值计算方法所得结果进行比较,验证了有限元方法的正确性。研究了材料的应变率和屈服强度对吸能装置性能的影响,计算了不同应变率以及不同屈服强度吸能装置吸能特性的变化。在此基础上,对材料模型进行了改进,得到了吸能效果更好的吸能装置。从结构和材料两方面对吸能装置进行了改进设计。结构方面,为中间焊缝布置的吸能装置设置了诱导槽,达到了减小最大碰撞力的目的;材料方面,对比分析了低碳钢材料和铝合金材料的吸能特性,并通过对不同截面形状的铝合金材料模型分析,得到了六边形截面的铝合金模型为最佳的设计方案。最后,对某具体车型的吸能装置进行了研究,提出了初步改进意见。研究结果为进一步研究汽车构件在低速碰撞情况下的变形特性提供了理论依据和参考数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 汽车碰撞研究概述
• 1.2.1 国外汽车碰撞研究概述
• 1.2.2 国内汽车碰撞研究概述
• 1.3 汽车碰撞研究方法概述
• 1.3.1 试验方法概述
• 1.3.2 仿真方法概述
• 1.4 我国汽车碰撞标准
• 1.4.1 正面碰撞标准
• 1.4.2 侧碰及后碰标准
• 1.5 汽车碰撞吸能装置
• 1.5.1 碰撞吸能装置简介
• 1.5.2 碰撞吸能装置的材料研究概述
• 1.6 课题主要研究内容
• 第2章 有限元方法的基本理论
• 2.1 有限元方法简介
• 2.2 碰撞过程的非线性有限元理论
• 2.2.1 物体变形过程描述
• 2.2.2 控制方程
• 2.2.3 边界条件
• 2.2.4 有限元法的变分形式
• 2.2.5 结构有限元离散化
• 2.2.6 单元计算的高斯积分和沙漏控制
• 2.2.7 时间积分与时间步长控制
• 2.2.8 接触和摩擦的处理
• 2.3 本章小结
• 第3章 吸能装置的结构特性研究
• 3.1 薄壁构件结构耐撞性的评价指标
• 3.2 薄壳单元
• 3.3 碰撞试验的模拟及有限元计算
• 3.3.1 建模软件
• 3.3.2 模型的建立
• 3.3.3 碰撞的有限元计算
• 3.4 理论值的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 材料性能对吸能装置特性的影响
• 4.1 材料参数的选择
• 4.2 应变率对材料力学性质的影响
• 4.3 碰撞过程中应变率对吸能特性的影响
• 4.4 不同材料吸能装置的吸能特性分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 吸能装置的改进设计
• 5.1 吸能装置的结构改进设计
• 5.1.1 改进焊缝布置
• 5.1.2 添加诱导槽
• 5.2 吸能装置材料的选择
• 5.3 铝合金材料吸能装置的改进设计
• 5.4 针对某车型吸能装置的对比研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢