基于碰撞力传递的SUV耐撞性研究

论文摘要

在汽车工业迅速发展的今天，车辆安全性越来越受到人们的重视，成为人们购车时考虑的重要因素之一。开展汽车安全性研究，提高车辆耐撞性，是我国汽车行业研究的重要课题。SUV由于车内空间大，动力性和通过性较好，近年来已成为城市主流车型之一。虽然SUV有着庞大的身躯和相对坚固的车身，但是并非所有车型都具有良好的碰撞安全性。特别是本文研究的SUV是承载式车身结构，在正面碰撞过程中，纵梁中段在预留车轮最大转弯半径的包络面处过早地弯折，且纵梁末端的防火墙处过早地出现严重变形，纵梁不能在有限的变形范围内吸收足够的碰撞能量，将会导致前机舱部件侵入乘员舱，增加乘员的损伤风险。本文通过对参考文献和前人工作的研究与总结，简要地介绍了轴对称压溃的碰撞力计算，及基于“等效双梯形波”设计理念和能量守恒的碰撞力计算，量化汽车碰撞中碰撞力的概念。从最优化碰撞力传递和提高整车结构耐撞性的改进思路，提出了三种改进方案，方案一在A柱和前围板之间焊接二点式支架，增加纵梁末端的局部支撑力；方案二在其二者之间焊接三点式支架，将来自纵梁末端的碰撞力引向门槛梁；方案三在其二者之间焊接四点式支架，增强防火墙局部刚度，改善纵梁末端碰撞力传递路径。根据某SUV的CAD模型和整车建模标准，运用HYPERMESH和LS-DYNA有限元仿真软件建立了整车SUV有限元模型。根据C-NCAP试验条件的规定，进行正面100%刚性壁碰撞、正面40%偏置碰撞和可移动壁障侧面碰撞的有限元仿真研究。在两种正面碰撞仿真中，从加速度峰值、关键部件变形、纵梁吸能比例、防火墙侵入量、两踏板在X、Z方向上的最大侵入量，及A柱和门槛的碰撞力传递变化等多角度，对该SUV结构耐撞性进行分析。并进行可移动壁障侧面碰撞的仿真研究，从整车的变形情况、B柱内外板的侵入速度和最大侵入量、座椅骨架的应力、地板的变形、车门的变形等角度，与原车模型的耐撞性进行对比分析。研究表明，所提出的改进方案，尤其是方案三的case5，在正面碰撞中，能够有效地改善纵梁碰撞力的传递路径，减少防火墙和两踏板的侵入量，降低B柱加速度峰值等；在侧面碰撞仿真中，能够满足开发车型B柱内板最大侵入速度和最大侵入量等预期工程要求。改进后，前纵梁在正面碰撞中发生稳定的褶皱变形，是实现碰撞加速度设计目标的保证，提高了整车结构耐撞性，有利于驾乘人员的保护。本文所提出的改进方法是适用而有效的，具有重要的工程实用意义和价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景和意义
• 1.2 SUV 耐撞性的国内外研究现状与方法
• 1.2.1 SUV 耐撞性的国内外研究现状
• 1.2.2 SUV 耐撞性的国内外研究方法
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 碰撞力传递的研究分析
• 2.1 车身中碰撞力传递路径
• 2.2 碰撞力的计算
• 2.2.1 轴对称塑性压溃下的碰撞力
• 2.2.2 能量守恒法的碰撞力
• 2.3 仿真中的碰撞力模拟
• 2.4 本章小结
• 第3章 整车有限元模型建立与正面碰撞仿真分析
• 3.1 汽车有限元模型的建模方法
• 3.2 整车有限元模型的建立
• 3.2.1 零部件网格的划分和单元类型的确定
• 3.2.2 材料参数的确定
• 3.2.3 接触的定义
• 3.2.4 典型总成模型
• 3.2.5 装配和约束
• 3.3 100%刚性壁障正面碰撞的仿真分析
• 3.3.1 正面 100%刚性壁障碰撞有限元模型的建立
• 3.3.2 正面 100%刚性壁障碰撞的仿真结果
• 3.4 正面 40%偏置碰撞的仿真分析
• 3.4.1 可变形壁障（ODB）模型的建立和验证
• 3.4.2 正面 40%偏置碰撞仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 碰撞力传递结构方案的改进研究
• 4.1 改进方案一
• 4.1.1 二点式支架结构的方案介绍
• 4.1.2 整车仿真结果分析
• 4.1.3 传递路径碰撞力结果分析
• 4.1.4 二点式支架改进方案小结
• 4.2 改进方案二
• 4.2.1 三点式支架结构的方案介绍
• 4.2.2 整车仿真结果分析
• 4.2.3 传递路径碰撞力结果分析
• 4.2.4 三点式支架改进方案小结
• 4.3 改进方案三
• 4.3.1 四点式支架结构的方案介绍
• 4.3.2 整车仿真结果分析
• 4.3.3 传递路径碰撞力结果分析
• 4.3.4 四点式支架改进方案小结
• 4.4 本章小结
• 第5章 整车侧面碰撞仿真分析
• 5.1 整车侧面碰撞模型的建立
• 5.1.1 可移动变形壁障有限元模型的建立与验证
• 5.1.2 侧面碰撞有限元模型的建立
• 5.2 改进后侧面碰撞的仿真结果分析
• 5.2.1 侧面碰撞的整车变形分析
• 5.2.2 车门变形结果分析
• 5.2.3 门槛梁和地板的结果分析
• 5.2.4 车门内外板侵入速度结果分析
• 5.2.5 座椅骨架应力结果分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录