营运客车正面碰撞车身结构安全性仿真与评价

论文摘要

改革开放以来,我国公路建设和交通运输事业取得了举世瞩目的成就。客车保有量急剧增加和运营速度的提高,不仅为缓解日益增长的交通运输压力起到了决定性的作用,而且也为国民经济的发展,特别是公路沿线地区的经济发展带来了蓬勃生机,但同时也引发了严重的交通安全问题。客车作为公路旅客运输的主要工具,载客量大,安全防护少,一旦发生交通事故,伤亡不可避免。特别是行驶在山区的客车,发生安全事故时极易造成群死群伤,严重危害人民群众的生命和财产安全,对社会的和谐稳定造成重大的影响,甚至发展成为不安定因素。由于客车安全性与人民的生命财产关系紧密,因此在引起政府、行业部门高度重视的同时,也成为了社会关注的热点。在所有造成严重伤害的交通事故形态中,碰撞所占比例最高,其中尤以正面碰撞为最。目前,包括我国在内的世界各主要汽车生产国都对乘用车制定了全面、严格的正面碰撞安全法规和实车碰撞试验标准。然而,客车的正面碰撞安全性研究则相对较晚,虽然国内外部分企业和研究机构进行了探索式的试验和研究,社会各界也极为重视,但至今尚未有专门针对大客车制定的正面碰撞安全法规或系统的实车正面碰撞安全试验方法,对客车车身结构的安全性要求仍主要集中在静态侧翻方面。本文在分析我国道路交通安全形势的基础上,依托国家科技支撑计划项目,参照国内外乘用车正面碰撞法规GB11551-2003、ECE/R94、C-NCAP和商用车驾驶室碰撞试验法规ECE R29的试验要求,采用显式非线性有限元程序LS-DYNA对某6127型客车分别进行了100%刚性壁障和摆锤法正面碰撞的有限元仿真分析,研究了该型客车正面碰撞的变形特点和碰撞安全性,以及与客车正面碰撞安全性有关的前部结构和驾驶员约束系统,提出了对该客车进行结构改进和优化的措施,探讨了采用摆锤法进行客车正面碰撞实验的可行性；初步提出了客车正面碰撞仿真规范化建模方法和客车正面碰撞试验方法及评价指标草案。本课题的研究成果,可以为客车正面碰撞实车试验的设计实施和正面碰撞安全法规的制定提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国道路交通安全形势
• 1.1.2 我国道路交通安全法规
• 1.1.3 我国营运车辆安全认证体系
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外汽车碰撞安全研究的发展及现状
• 1.2.2 国内汽车碰撞安全研究的发展及现状
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 课题研究的主要意义
• 第二章 汽车碰撞仿真计算有限元理论
• 2.1 基本控制方程
• 2.2 显式时间积分、时间步长与质量缩放
• 2.2.1 时间积分和时间步长
• 2.2.2 质量缩放
• 2.3 沙漏模式与沙漏控制
• 第三章 客车碰撞中乘员损伤机理及评价准则
• 3.1 车辆碰撞中乘员的损伤机理
• 3.2 客车正面碰撞中的乘员损伤特点
• 3.3 客车正面碰撞乘员损伤指标及评价准则
• 3.3.1 头部伤害准则
• 3.3.2 胸部伤害准则
• 3.3.3 大腿伤害准则
• 3.3.4 小腿伤害准则
• 3.3.5 骨盆损伤准则
• 第四章 客车车身结构建模技术
• 4.1 客车车身结构与碰撞吸能
• 4.1.1 客车车身结构形式及特点
• 4.1.2 车身结构的耐撞性
• 4.2 车身结构几何模型的建立
• 4.2.1 整车技术参数
• 4.2.2 车身骨架模型
• 4.3 车身结构有限元模型
• 4.3.1 有限元模型总体规划
• 4.3.2 有限元模型的简化
• 4.3.3 几何清理
• 4.3.4 单元类型选择
• 4.3.5 单元算法选取
• 4.3.6 材料模型
• 4.3.7 单元尺寸选择及密度分布
• 4.3.8 假人导入及位置调整
• 4.3.9 安全带建模
• 4.3.10 可溃缩式转向管柱
• 4.3.11 边界条件与求解参数
• 4.4 有限元模型检查
• 4.4.1 网格质量检查
• 4.4.2 自由边界检查
• 4.4.3 初始穿透和自干涉检查
• 4.5 构件连接
• 第五章 客车正面碰撞仿真结果分析
• 5.1 刚性壁障碰撞分析
• 5.1.1 整车变形分析
• 5.1.2 碰撞能量变化
• 5.1.3 假人损伤评价分析
• 5.2 摆锤碰撞分析
• 5.2.1 碰撞能量分析
• 5.2.2 碰撞变形分析
• 5.2.3 假人损伤评价分析
• 5.3 客车前部结构改进设计及耐撞性对比
• 5.3.1 结构改进措施
• 5.3.2 结构改进前后整车变形对比
• 5.3.3 假人损伤对比
• 5.3.4 改进方案评价
• 5.4 刚性壁障碰撞与摆锤碰撞对比
• 第六章 客车正面碰撞模拟仿真的有限元规范化建模
• 6.1 总体规划
• 6.2 有限元建模
• 6.2.1 几何清理
• 6.2.2 网格尺寸和质量要求
• 6.2.3 网格自由边、初始穿透和自干涉
• 6.2.4 材料模型
• 6.2.5 质量缩放
• 第七章 客车正面碰撞试验方法及评价指标
• 7.1 客车正面碰撞试验方法
• 7.1.1 刚性壁障正面碰撞试验方法
• 7.1.2 摆锤正面碰撞试验方法
• 7.2 客车正面结构耐撞性评价指标
• 7.2.1 车身结构变形指标
• 7.2.2 乘员损伤评分法则
• 7.3 对课题研究的思考
• 总结与展望
• 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