汽车侧面碰撞安全性能计算机仿真与研究

论文摘要

汽车侧面碰撞是交通事故中导致乘员死亡的第二大主要因素仅次于正面碰撞。当今,很多安全设备如汽车侧碰保护气囊、加强筋和其它保护措施已经被用来进行乘员保护。汽车侧面碰撞试验是检验汽车被动安全性和事后安全性的最重要手段之一。汽车被动安全性和事后安全性是反映汽车安全性能的重要指标,其中,汽车被动安全性是指在汽车事故过程中减轻乘员所受伤害的性能,主要包括车身结构、车顶和车门强度、车身及内饰件的缓冲性能等。本文的研究内容主要包括两方面:1.研究安装在车门上的保护装置的有效性,研究了两种类型的加强筋以用来选择性能更加优越的加强筋类型。因此,应该研究乘员在汽车事故中的动态响应以减少其损伤程度。通常,实验方法既复杂又昂贵。最近,数值仿真分析为汽车设计工程师提供了一种有效的工具。文中主要研究了侧面碰撞的数值仿真,采用PAM-CRASH/VISUAL VIEWER与PAM-CRASH 2G SOLVER作为前后处理软件和非线性有限元求解内核进行汽车侧面碰撞的数值模拟。探讨了整车侧面碰撞有限元建模规则,建立了适用于数值模拟计算的汽车侧面碰撞有限元模型,期间针对数值建模所遇到的重点内容加以探讨,如网格划分、材料的选择、接触问题的处理等。2.基于ECE R95侧碰标准研究了整车侧碰的有限元分析,仿真结果包括加速度变化、受力变化、能量变化、接触力变化、时间步长变化等方面进行分析,并与规定数据范围进行了比较,验证了本文所进行的仿真分析的步骤是可行的,分析结果的有效的,可以作为验证实车试验结果的可靠依据。此外还测量了乘员的损伤指标并对碰撞过程中的人体动态响应进行了讨论。为了验证碰撞测试有限元模型的有效性,对比了仿真结果和法规中的规定值。对比结果表明碰撞有限元模型仿真对汽车碰撞的被动安全性能和安全技术的发展起到了一定作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题选题背景和意义
• 1.2 汽车安全性研究的主要内容及方法
• 1.2.1 汽车侧面碰撞研究的方法
• 1.3 汽车侧面碰撞国内外研究现状和意义
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 汽车侧撞研究的意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 动态非线性显式有限元算法基础
• 2.1 物体变形过程描述
• 2.2 控制方程
• 2.2.1 质量守恒定律
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量方程
• 2.2.4 边界条件
• 2.2.5 有限元的变分列式
• 2.3 单点积分的沙漏控制
• 2.3.1 沙漏模式的产生
• 2.3.2 薄壳单元的沙漏模式和控制
• 2.3.3 实体单元的沙漏模式和控制
• 2.3.4 反沙漏模式
• 2.3.5 阻尼控制和刚度控制方法的对比分析
• 2.4 显式积分算法和时间步长控制
• 2.4.1 显式分析基础理论
• 2.4.2 时间步长控制
• 2.5 接触理论
• 2.5.1 接触搜寻算法
• 2.5.2 接触碰撞力的计算方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 车门加强筋撞击吸能分析
• 3.1 问题描述
• 3.2 曲面建模与预处理
• 3.2.1 划分网格
• 3.2.2 定义材料
• 3.2.3 定义接触
• 3.2.4 定义时间步长
• 3.2.5 定义边界条件
• 3.3 侧碰仿真流程
• 3.3.1 前处理
• 3.3.2 中处理
• 3.3.3 后处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 整车侧面碰撞模型建立
• 4.1 PAM-CRASH/SAFE软件介绍
• 4.2 整车模型
• 4.2.1 整车CAD模型建立
• 4.2.2 整车有限元模型建立
• 4.2.3 网格单元质量检查
• 4.2.4 部件联接
• 4.3 移动变形壁障模型
• 4.3.1 移动壁障结构模型
• 4.3.2 移动壁障有限元模型的验证
• 4.4 假人模型
• 4.4.1 假人模型的分类
• 4.4.2 假人有限元模型
• 4.4.3 假人伤害指标计算
• 4.4.3.1 头部性能指标
• 4.4.3.2 胸部性能指标
• 4.4.3.3 腹部性能指标
• 4.4.3.4 骨盆性能指标
• 4.4.5 安全带模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 整车侧面碰撞仿真
• 5.1 仿真分析模型前期检查
• 5.2 仿真分析初始参数定义
• 5.2.1 移动变形壁障位置和速度
• 5.2.2 侧碰假人位置
• 5.2.3 碰撞中的接触
• 5.2.4 沙漏控制
• 5.2.5 输出定义
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 整车模型验证
• 5.3.2 乘员动态响应
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢