汽车前门防撞梁结构优化设计

论文摘要

随着我国汽车工业的发展以及汽车保有量的增加,汽车在各种交通状况下发生的碰撞事故也呈上升趋势。其中侧面碰撞是发生频率最高的交通事故之一,也是造成人员伤亡最多的交通事故形态之一。汽车侧面是车门,强度较为薄弱。因此对车门内部的防撞梁进行优化设计,提高车门刚度,进而提高汽车侧面碰撞安全性,对提高乘员的安全防护和改善道路交通安全有着非常重要的意义。基于此,本文采用有限元仿真的方法,对汽车前门防撞梁进行优化设计。并将优化后的防撞梁导入车门模型进行验证。首先根据美国联邦机动车安全法规侧门强度试验(FMVSS 214)要求,建立简化的车门防撞梁与刚性柱碰撞模型。在保证防撞梁总质量恒定的情况下,改变其截面形状来提高梁的耐碰撞性能。提出了方形、U形和双U形三种截面形状,通过改变梁壁倾斜角度、帽沿长度及帽沿形状等方法对其进行结构优化。比较防撞梁耐碰撞性能评价参数(152mm纵向位移时吸收的能量及撞击力峰值),得出上述截面形状防撞梁中的最优结构。建立汽车前门与刚性柱碰撞有限元模型。在车门模型外侧增加了一个刚性框架系统,在简化模型的同时又可以很好的拟合实际情况中车辆整体与刚性柱发生的侧面碰撞,为车门侧面碰撞的模型简化提供了一种新的思路。计算求解后对车门模型进行耐撞性分析,将优化后的防撞梁导入车门模型,与安装原防撞梁车门进行比较分析,发现优化后防撞梁较原防撞梁耐撞性能有不同程度提高,且优化后的防撞梁之间耐碰撞性能对比结果与简化模型分析结果一致,从而验证了优化方案及简化模型的合理性和可靠性。对汽车前门防撞梁进行截面优化设计,在一定范围内得到一种最优结构防撞梁,提高了汽车前门乃至整车侧面的耐碰撞性能。此外得到的最优截面形状具有通用性,可广泛应用于各种车型的车门防撞梁。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车前门防撞梁研究的背景和意义
• 1.2 汽车侧面碰撞国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 汽车侧面碰撞的研究方法
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 汽车侧面碰撞有限元方法的基本理论
• 2.1 弹塑性动力学基本方程
• 2.2 显式非线性有限元理论
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 中心差分法
• 2.2.3 接触和摩擦的处理
• 2.3 薄壳单元
• 2.3.1 Hughes-Liu薄壳单元
• 2.3.2 Belytschko-Tsay薄壳单元
• 2.4 本章小结
• 第3章 汽车前门防撞梁有限元模型的建立
• 3.1 汽车侧面碰撞试验法规介绍
• 3.2 美国联邦机动车安全法规侧门强度试验介绍
• 3.2.1 FMVSS 214侧门强度试验方法
• 3.2.2 侧门强度结果评价
• 3.3 有限元建模的影响参数分析
• 3.3.1 单元尺寸
• 3.3.2 接触控制
• 3.3.3 时间步长
• 3.3.4 沙漏控制
• 3.4 汽车前门防撞梁有限元模型的建立
• 3.4.1 有限元仿真流程
• 3.4.2 模型的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 汽车前门防撞梁的结构优化设计
• 4.1 汽车前门防撞梁碰撞性能的评价参数
• 4.2 汽车前门防撞梁的耐撞性分析
• 4.2.1 碰撞过程变形分析
• 4.2.2 碰撞过程后处理曲线分析
• 4.3 汽车前门防撞梁的结构优化
• 4.3.1 方形截面形状结构优化
• 4.3.2 U形截面形状结构优化
• 4.3.3 双U形截面形状结构优化
• 4.3.4 改变截面帽沿长度
• 4.3.5 改变截面帽沿形状
• 4.4 各种截面综合比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 结构优化验证
• 5.1 汽车前门有限元模型的建立
• 5.1.1 几何模型导入及几何清理
• 5.1.2 网格划分
• 5.1.3 连接方式的模拟
• 5.1.4 汽车前门有限元模型的建立
• 5.1.5 刚性柱模型的建立
• 5.2 整车模型的简化
• 5.2.1 刚性框架的建立
• 5.2.2 车体底架模型的建立
• 5.2.3 整体有限元模型的建立
• 5.3 防撞梁导入车门模型进行结构优化验证
• 5.3.1 车门耐撞性分析
• 5.3.2 优化后的防撞梁导入车门模型对比分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢