汽车零部件冲击试验台的设计及冲击试验分析

论文摘要

本课题以车辆发生碰撞时其吸能零部件的变形吸能特性为研究对象,通过设计一种基于虚拟仪器的落锤式冲击试验台,用垂直方向的冲击能量模拟车辆碰撞时的横向冲击能量,对车体纵梁进行了冲击试验,得到了其有效的冲击响应特性及能量变形关系,进而为道路交通事故鉴定中车速的判定提供了一种有效的方法。本文在明确试验方案为落锤式冲击的基础上,结合冲击动力学的基本知识以及系统要求,给出了详细的试验台设计方案,包括地基、锤体、导轨、起重和脱钩、防护等各个机械部分的设计,并且考虑了实验室现有条件和经济成本,因材施工,最后将试验台装配成形;数据测试部分,采用了当前先进的虚拟仪器技术为设计主题,建立了传感器、数据采集卡、计算机为硬件组成的冲击信号测试系统,实现了功能要求和经济成本的最优化组合;同时,以NI公司的数据采集卡为基础,配合LabVIEW软件平台,设计了集数据采集和存储一体的数据采集程序,具有波形实时显示,用户界面友好等优点;其次,结合信号和数据处理的原理,在LabVIEW平台中设计了数据处理及分析系统的程序,实现了对间接数据的直接化;最后,依托落锤式冲击试验台对某型号车体纵梁进行了冲击试验,得出了其冲击响应的各项特性,并且得到了其碰撞变形过程中的吸能特性曲线。本课题的研究成果不仅为交通事故鉴定中车辆碰撞能量的确定提供了试验依据,建立了一种从能量-变形入手的交通事故车速鉴定方法,同时为汽车生产厂商提供了耐撞性改进的依据,而且所设计的冲击试验台可以进行各种材料性能方面的冲击试验。因此,从现实需求与经济角度考虑,本课题的研究都具有重要的意义。同时本试验台的研制成功,实现了一定的社会效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的社会背景、目的和意义
• 1.1.1 课题研究的社会背景
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 汽车结构耐撞性及设计原则
• 1.3 国内外相关领域的研究现状
• 1.3.1 实车碰撞试验的发展现状
• 1.3.2 冲击试验的研究
• 1.3.3 薄壁构件抗撞性及吸能特性的研究
• 1.4 本课题主要的研究内容
• 第2章 汽车零部件冲击试验台的设计
• 2.1 汽车零部件冲击试验的工作原理
• 2.1.1 冲击动力学基本概念
• 2.1.2 落锤式冲击的数学模型
• 2.1.3 试验系统结构及工作原理
• 2.2 试验台的设计与实现
• 2.2.1 系统要求
• 2.2.2 重锤及导向轮的设计
• 2.2.3 地基及导轨的设计
• 2.2.4 起重机构设计
• 2.2.5 试验台架整体模型的建立及实现
• 2.3 脱钩装置设计
• 2.3.1 方案设计
• 2.3.2 机械式脱钩的设计原理及校核
• 2.4 本章小结
• 第3章 测试数据采集系统的研究
• 3.1 数据采集方案原理设计
• 3.1.1 信号及数据采集
• 3.1.2 A/D基本概念
• 3.1.3 瞬态冲击力测量系统
• 3.1.4 测试系统方案
• 3.2 信号采集硬件
• 3.2.1 加速度传感器的选择
• 3.2.2 数据采集卡的选择
• 3.2.3 信号调理及采集触发电路
• 3.3 测控软件平台
• 3.3.1 虚拟仪器概述
• 3.3.2 图形软件开发平台LabVIEW
• 3.3.3 试验数据采集程序的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 数据处理及分析系统的实现
• 4.1 信号预处理
• 4.1.1 信号直流分量的消除
• 4.1.2 信号的平滑
• 4.1.3 幅值的修正
• 4.2 滤波器
• 4.3 曲线拟合
• 4.3.1 曲线拟合的概念及作用
• 4.3.2 通用多项式拟合理论
• 4.4 曲线积分
• 4.5 吸收能量E及吸收能量过程曲线
• 4.5.1 从功的定义的角度求能量
• 4.5.2 从能量转换角度求能量
• 4.6 数据处理及分析系统程序
• 4.7 本章小结
• 第5章 车体纵梁的冲击试验分析
• 5.1 试验过程
• 5.1.1 试验件准备
• 5.1.2 设备安装
• 5.1.3 试验结果
• 5.2 试验结果分析
• 5.3 冲击特性的初步探讨
• 5.3.1 梁的破坏模式
• 5.3.2 金属圆管的破坏模式
• 5.3.3 梁上诱导槽的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢