车辆尾部和侧面碰撞的仿真研究

论文摘要

随着车辆朝着高速化、轻量化方向发展,汽车保有量不断增加,交通事故数量及其造成的人员伤亡数量呈上升趋势。为提高汽车被动安全性能,减少乘员伤亡,在汽车开发阶段必须研究汽车结构的耐撞性。虽然汽车碰撞试验对车型以及被动保护装置的最终认证和鉴定必不可少,但其试验准备工作费用和试验所需费用都十分昂贵,同时受随机因素以及环境和技术手段的影响,试验结果尚存在不够稳定和有些动态数据获取困难的问题,而且可重复性差。国外相关研究表明,汽车的碰撞过程进行计算机模拟,不仅能预测汽车结构本身的耐撞性能,同时能实现在车辆开发进程中较好的预测其被动安全性能,利于减少实车碰撞试验次数,节约经济成本,加快新车型开发速度。本文详细研究了碰撞过程数值模拟计算的相关理论—动态显式非线性有限元法基本原理、思路和实现方法,涉及到的内容包括碰撞过程描述基本方程、结构有限元离散化方程、汽车碰撞模拟相关单元、碰撞模拟中时间积分算法、碰撞过程中的接触算法等。计算机仿真研究是现代汽车碰撞研究的重要方法,所使用的碰撞模拟软件众多,本文分析了包括LS-DYNA在内的几种常用汽车碰撞模拟软件及前后处理器,其中对本次碰撞模拟选用的LS-DYNA的功能特点作了较详细阐述。本文以某车型为对象建立了整车有限元模型,按GB20072-2006和GB20071-2006规定的试验条件,对整个集成系统进行了尾部碰撞和侧面碰撞的数值模拟和分析,求解出了整车的位移、速度、加速度、能量,实现了对该车追尾和侧面碰撞过程及碰撞性能的较全面且较可靠的评价。通过对有限元模型的整车尾部碰撞和侧面碰撞历程的数值模拟和分析结果,提出了对有限元仿真模拟技术在汽车被动安全领域的应用和所研究车型碰撞性能评价等有关结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 汽车被动性安全研究发展过程及有关内容
• 1.3 国内外汽车碰撞安全法规
• 1.4 国内外汽车碰撞模拟研究与发展状况
• 1.4.1 国外开展汽车碰撞模拟研究的方向
• 1.4.2 国内汽车碰撞模拟分析的情况
• 1.5 课题研究的意义
• 第2章 碰撞数值模拟的有限元理论与算法
• 2.1 有限元基本思想
• 2.2 有限元法的发展及应用概况
• 2.3 显式动力分析的特点
• 2.4 非线性有限元控制方程
• 2.4.1 运动方程
• 2.4.2 动量守恒方程
• 2.4.3 质量守恒方程
• 2.4.4 能量守恒方程
• 2.4.5 运动方程的微分形式
• 2.4.6 边界条件
• 2.4.7 碰撞过程结构有限元离散化方程
• 2.5 时间积分算法和时间步长控制
• 2.5.1 显式积分算法的基本方程
• 2.5.2 中心差分法的稳定性
• 2.5.3 显式积分算法的时步控制
• 2.5.4 沙漏模态
• 第3章 碰撞的有限元软件介绍
• 3.1 LS-dyna简介
• 3.2 LS-DYNA的材料类型
• 3.3 LS-SDYNA的接触分析功能
• 3.4 LS-DYNA的通用前后处理器
• 3.5 LS-DYNA的数据格式及文件系统
• 3.5.1 输入文件
• 3.5.2 输出文件
• 第4章 含人体模型的车辆尾部和侧面碰撞计算机模拟分析
• 4.1 整车碰撞有限元模型
• 4.2 建立汽车碰撞模型所采用的规范
• 4.3 边界条件和求解控制
• 4.4 假人有限元模型
• 4.5 安全带模型
• 4.6 接触类型的设定
• 4.7 100%尾部碰撞模拟分析与评价
• 4.7.1 整车尾部碰撞变形分析
• 4.7.2 整车位移变化
• 4.7.3 整车加速度变化
• 4.7.4 能量结果分析
• 4.7.5 人体响应分析
• 4.7.6 人体伤害指标评价
• 4.7.7 油箱侵入
• 4.7.8 后部碰撞小结
• 4.8 侧部碰撞模拟分析和评价
• 4.8.1 侧面碰撞结构变形分析
• 4.8.2 侧面碰撞运动规律分析
• 4.8.3 碰撞加速度分析
• 4.8.4 能量结果分析
• 4.8.5 人体响应分析
• 4.8.6 人体伤害指标评价
• 4.8.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢