营运客车侧面碰撞仿真研究及安全性评价

论文摘要

安全、环保和节能已经成为当今汽车工程领域的三大热点话题。随着我国经济迅速发展,私人拥有汽车的数量剧增,国内汽车保有量快速增长。而汽车在促进社会发展的同时,也给道路交通造成了不容忽视的负面影响。在交通事故死亡人数中,正面碰撞事故所占比例最高,侧面碰撞事故位居第二；在交通事故严重受伤人数中,侧面碰撞事故所占比例最高,正面碰撞事故次之。我国道路交通大多以平面交叉路口为主,随着高等级公路网的形成和旅游业的迅猛发展,客车保有量增加,使用率不断提高,从而导致发生侧面碰撞事故的机率也不断增加。客车侧面是车体中强度较薄弱的部位,一旦受到撞击,不能像前、后部位那样有足够空间产生结构变形而吸收碰撞能量,致使乘员的生命安全受到严重威胁。因此,开展客车侧面碰撞安全性研究对改善我国道路交通安全有着重要的意义。本文首先分析了汽车碰撞研究背景,探讨了汽车碰撞安全性的重要意义和国内、外汽车碰撞计算机仿真研究现状；选择某6127和6123型营运客车为研究对象,参照国内、外乘用车侧面碰撞法规ECE R95、FMVSS 214和GB20071-2006,采用显示非线性有限元程序LS-DYNA对两款车的车身结构进行侧面碰撞模拟仿真分析。随后讨论了客车蒙皮对侧面碰撞仿真分析的影响,碰撞侧、碰撞部位的选取依据,以及单元类型、材料模型、网格划分和控制参数设置等问题；根据模拟仿真得到的结果,分别从车身骨架变形、碰撞能量、碰撞加速度及乘员生存空间等方面,分析了研究样车的侧面安全性；并在碰撞侧安装试验假人模型进行了乘员侧面损伤情况的初步探讨,对比有/无安全带时乘员的运动状态,分析了假人头部、胸部、骨盆损伤指标；结果表明,由于客车侧面的变形吸能空间有限,使得乘员生存空间侵入较大,但假人模型各评价指标均在人体所能承受的极限内。最后,为提高车体的侧面耐撞性,提出两种行李舱骨架结构改进方案,对比改进前后的仿真结果,得出方案二能适当提高客车侧面刚度,有效分散碰撞力,减小侧围和底架杆件对生存空间的侵入。本文的研究成果可为大客车侧面碰撞安全性法规的制定和企业设计开发具有较高侧面耐撞性的客车产品提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 国内道路交通安全形势
• 1.1.2 研究背景
• 1.1.3 课题研究的意义
• 1.2 汽车侧面碰撞的研究方法
• 1.2.1 实车碰撞试验法
• 1.2.2 台车及试验台冲击试验法
• 1.2.3 计算机模拟仿真法
• 1.3 国内外汽车侧面碰撞研究现状
• 1.3.1 国外汽车侧面碰撞研究现状
• 1.3.2 国内汽车侧面碰撞研究现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 第二章 汽车碰撞仿真分析的有限元理论及仿真软件
• 2.1 汽车碰撞仿真计算有限元理论
• 2.1.1 结构有限元离散化
• 2.1.2 汽车碰撞过程的非线性特性
• 2.2 接触算法和接触类型
• 2.2.1 接触算法
• 2.2.2 接触类型
• 2.3 汽车碰撞仿真软件介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 大客车侧面耐撞性分析
• 3.1 汽车碰撞安全措施
• 3.1.1 汽车结构缓冲与吸能措施
• 3.1.2 车内乘员保护措施
• 3.2 乘员伤害评价指标
• 3.3 客车车身的结构特点
• 3.4 模拟仿真分析的总体方案
• 第四章 客车侧面碰撞有限元模型的建立
• 4.1 整车主要结构特点和技术参数
• 4.2 侧面碰撞仿真形式的选取
• 4.3 客车几何模型的建立
• 4.4 撞击货车三维实体模型的建立
• 4.5 整车有限元模型的建立
• 4.5.1 几何模型修改
• 4.5.2 单元类型及网格划分
• 4.5.3 材料模型的选择
• 4.5.4 部件的联接
• 4.5.5 载荷和约束
• 4.5.6 求解参数设置
• 4.6 假人、安全带有限元模型的建立
• 4.6.1 假人有限元模型
• 4.6.2 安全带有限元模型
• 4.6.3 假人位置调整及安全带固定
• 4.7 本章小结
• 第五章 仿真结果和讨论
• 5.1 碰撞位置的选取
• 5.2 侧面碰撞过程中的能量变化
• 5.3 被撞客车车身结构的运动和变形分析
• 5.4 被撞客车碰撞速度和加速度分析
• 5.4.1 整车骨架速度和加速度分析
• 5.4.2 乘客座椅加速度分析
• 5.5 被撞侧乘员生存空间分析
• 5.6 试验假人损伤评价
• 5.7 本章小结
• 第六章 改进分析
• 6.1 改进方案
• 6.2 改进前/后仿真对比
• 6.2.1 改进前/后变形对比
• 6.2.2 改进前/后加速度对比
• 6.2.3 改进前/后生存空间对比
• 6.3 改进方案评价
• 6.4 对采用有限元仿真方法评价客车侧面碰撞安全性的建议
• 总结与展望
• 一 总结
• 二 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间参与的科研项目和公开发表的论文
• 致谢