汽车正面偏置碰撞安全性研究

论文摘要

据统计在所有的交通碰撞事故中汽车发生正面碰撞包括斜碰的概率在60%左右，而重合率在40%左右的碰撞在所有正碰中占了很高比例，因此正面偏置碰撞的安全性是目前研究的重点之一，也是难点，如何提高汽车的正面偏置碰撞的安全性能成为一个重要课题。本文的目的在于研究应变率对汽车碰撞仿真的影响，并依据Euro-NCAP评价标准对国内某上市车型的偏置碰撞的结构安全性进行优化，以提高整车偏置碰撞的结构安全性。文章首先通过阅读汽车安全性研究方面的文献，总结了各国的正面偏置碰撞法规，以及在正面偏置碰撞环境下乘员的组织与器官的损伤机理；进而以国内某车型的前纵梁的台车碰撞试验为基础模型，建立标准方形直梁碰撞有限元模型，研究在不同网格尺寸、不同碰撞速度、以及不同材料模型下应变率对纵梁碰撞仿真的影响；接着建立此车型的整车正面偏置碰撞有限元模型，并依据实验数据进行验证，以Euro-NCAP评价标准为依据对其主要吸能部件的参数进行正交试验，通过对试验结果的分析，应用综合平衡法对其参数进行优化；最后根据前纵梁变形模式的特点，对纵梁诱导槽的结构形态和尺寸进行优化。研究结果表明：在纵梁碰撞仿真中，网格尺寸越精细，应变率的影响越明显，随着碰撞速度的增大，应变率对纵梁碰撞仿真结果的影响也越大；考虑与不考虑应变率的纵梁单位长度的吸能比也随着速度的增大而增大；而在不同材料下，相同碰撞速度下的应变率分布基本上相同，说明了应变率主要受碰撞速度以及应力的影响。通过对正交试验结果的综合考虑，对汽车前部主要部件结构的参数进行优化，优化后转向柱中心X向侵入量降低了8mm、脚踏板X向侵入量降低26.1mm，脚踏板Z向侵入量降低55.7mm、A柱X向侵入量降低24mm，加速度峰值减少了1.4g，主要吸能部件的总吸能量增加了3758J，说明通过结构参数优化能够有效的提高整车的结构安全性。通过对单纵梁的台车碰撞试验分析，研究前纵梁在碰撞过程中的变形模式，并根据标准方形直梁褶皱波的特点，对前纵梁的诱导槽的布置方式以及结构尺寸进行优化，将优化后的纵梁用到整车正面偏置碰撞中，纵梁在整车偏置碰撞中的耐撞性得到了提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状和发展动态
• 1.3 正面偏置碰撞试验法规
• 1.3.1 国外正面偏置碰撞法规
• 1.3.2 国内正面偏置碰撞法规
• 1.4 正面偏置碰撞生物力学
• 1.4.1 头部损伤机理
• 1.4.2 颈部损伤机理
• 1.4.3 胸部损伤机理
• 1.4.4 下肢损伤机理
• 1.5 汽车结构安全性研究方法
• 1.5.1 实车试验法
• 1.5.2 计算机仿真法
• 1.5.3 有限元基本理论
• 1.6 本课题的背景和主要内容
• 第2章 应变率对汽车碰撞仿真的影响
• 2.1 应变率效应
• 2.2 材料的本构模型
• 2.2.1 材料的本构模型
• 2.2.2 静态拉伸试验
• 2.2.3 动态拉伸试验
• 2.3 单纵梁有限元模型以及台车试验
• 2.3.1 单纵梁有限元模型
• 2.3.2 模型的验证
• 2.4 应变率对纵梁碰撞仿真的影响
• 2.4.1 方形薄壁直梁基础模型
• 2.4.2 不同网格尺寸下应变率的影响
• 2.4.3 不同碰撞速度下的应变率的影响
• 2.4.4 不同材料下的应变率的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 整车有限元模型的建立和验证
• 3.1 整车偏置碰撞有限元模型的建立
• 3.1.1 整车偏置碰撞模型的建立
• 3.1.2 建模的相关标准和参数处理
• 3.2 ODB 有限元模型建立和验证
• 3.2.1 ODB 有限元模型的建立
• 3.2.2 ODB 有限元模型的验证
• 3.3 整车正面偏置碰撞有限元模型的验证
• 3.3.1 整车试验与仿真响应以及加速度曲线的对比
• 3.3.2 主要吸能部件的变形对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 汽车正面偏置碰撞结构优化
• 4.1 偏置碰撞的碰撞特性研究
• 4.1.1 正面偏置碰撞力的传递分析
• 4.1.2 汽车碰撞力学基础
• 4.1.3 Euro-NCAP 正面偏置碰撞整车耐撞性能评价方法
• 4.2 影响汽车碰撞耐撞性的因素
• 4.2.1 部件厚度的对耐撞性的影响
• 4.2.2 部件材料强度对耐撞性的影响
• 4.3 整车正面偏置碰撞仿真结果
• 4.4 前部结构参数的选择与试验设计
• 4.4.1 试验设计方法的选用
• 4.4.2 前部结构的试验设计
• 4.5 仿真试验结果的分析
• 4.5.1 仿真结果
• 4.5.2 转向柱侵入量及其 K i 值
• 4.5.3 踏板组侵入量及其 K i 值
• 4.5.4 A 柱侵入量及其 Ki 值
• 4.5.5 加速度峰值及其 Ki 值
• 4.5.6 吸能总量及其 Ki 值
• 4.5.7 优化方案的选取
• 4.5.8 优化方案仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 纵梁的优化
• 5.1 诱导槽凹凸方向的优化
• 5.1.1 诱导结构设计
• 5.1.2 标准方形直梁的变形模式
• 5.1.3 诱导槽凹凸方向的优化
• 5.1.4 仿真结果对比
• 5.2 诱导槽尺寸的优化
• 5.2.1 诱导槽尺寸的优化
• 5.2.2 仿真变形对比
• 5.3 纵梁在整车偏置碰撞中的耐撞性
• 5.4 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录