基于乘员头部安全性汽车仪表板设计的数值仿真与试验研究

论文摘要

现代汽车技术发展的主要方向为安全、环保和节能。其中,和人们生命有着直接关系的就是汽车安全。汽车安全性是指汽车在行驶时避免发生碰撞事故以及碰撞后可减轻损失或伤亡的性能,通常可分为主动安全性和被动安全性。交通事故原因的统计分析表明,以预防事故发生的主动安全性只能避免5%的事故,因此开展对提高汽车被动安全性的研究日趋重要。本文主要针对汽车被动安全性中关于安全驾驶室内饰组件的内容进行研究,以汽车仪表板作为研究对象,利用有限元技术,研究乘员头部和仪表板发生碰撞时的伤害极限和机械响应特性,并借助于有限元软件PAM-CRASH,对常用仪表板的吸能特性以及对乘员头部与仪表板撞击后的动态响应进行仿真研究。主要的研究内容和成果如下:（1）研究现代汽车仪表板的结构概念设计方法,仪表板的常用材料以及制造工艺,并分析比较了与仪表板有关的头部碰撞法规;（2）借助于有限元软件PAM-CRASH,建立汽车仪表板以及乘员头部有限元模型,施加法规所要求的边界条件,并进行仪表板乘员头部碰撞仿真计算;（3）仿真研究结果表明了汽车仪表板乘员头部碰撞特性,得到了仪表板与乘员头部的响应特性,为仪表板的结构设计提供指导方向;（4）对仿真结果进行试验验证,证明有限元仿真方法在指导汽车仪表板结构设计及提高车辆被动安全性方面的有效性,并在有限元仿真的基础上提出仪表板结构优化设计的方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 汽车被动安全性研究现状
• 1.2.2 汽车被动安全性研究方法
• 1.2.3 仪表板头部碰撞研究现状
• 1.3 汽车仪表板乘员头部碰撞法规
• 1.3.1 我国关于轿车内部凸出物的法规
• 1.3.2 轿车内部凸出物各国法规比较
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 结构耐撞性有限元分析的理论基础
• 2.1 显式非线性有限元方程的建立
• 2.1.1 显式有限元算法的发展
• 2.1.2 非线性有限元控制方程
• 2.2 显式积分算法与时步控制
• 2.2.1 显式积分算法的基本方程
• 2.2.2 显式积分算法的时步控制
• 2.3 显式动力薄壳单元
• 2.3.1 Hughes-Liu薄壳单元
• 2.3.2 Belytschko-Tsay薄壳单元
• 2.4 材料本构关系模型
• 2.4.1 与应变率无关的弹塑性材料模型
• 2.4.2 与应变率相关的弹塑性材料模型
• 2.5 接触－碰撞算法
• 2.5.1 接触碰撞界面算法
• 2.5.2 摩擦力的计算
• 2.6 连接方式的建模
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于安全性的汽车仪表板设计
• 3.1 汽车仪表板设计流程研究
• 3.2 汽车仪表板的安全性设计
• 3.2.1 基于行车安全性的仪表板设计
• 3.2.2 基于碰撞安全性的仪表板设计
• 3.3 汽车仪表板材料选取与制造工艺
• 3.3.1 汽车仪表板材料及选取
• 3.3.2 汽车仪表板制造工艺
• 3.4 本章小结
• 第四章 仪表板乘员头部碰撞仿真建模及分析
• 4.1 汽车仪表板乘员头部碰撞仿真建模
• 4.1.1 单元划分
• 4.1.2 材料本构模型
• 4.1.3 接触算法的选择
• 4.1.4 模型的连接
• 4.1.5 边界条件
• 4.2 汽车仪表板乘员头部碰撞仿真计算
• 4.2.1 软硬件环境
• 4.2.2 计算实施
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 试验验证与仿真对比
• 5.1 试验设备的选取
• 5.2 汽车仪表板乘员头部碰撞试验
• 5.2.1 撞击点选取
• 5.2.2 传感器布置
• 5.2.3 试验方案
• 5.3 试验结果及其与仿真计算的比较
• 5.3.1 试验结果
• 5.3.2 试验影响因素
• 5.3.3 有限元仿真与试验结果的差异
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文