抗冲击型车身柔性底部结构防护技术研究

发布时间：2020-08-18 18:35

【摘要】：在当前局部非对称作战形式下,抗爆炸冲击型车辆凭借其优良的机动性和防护能力使其在战场上得到了广泛的应用。随着战场形势的变化,简易爆炸装置对车辆和乘员的威胁越来越大,因此在不影响整车机动性条件下,提高爆炸冲击作用下车辆的防护性能和乘员的安全性能具有重要意义。本文以某型抗冲击装甲车辆为研究对象,通过理论分析、试验研究与数值模拟相结合的方法对爆炸环境下的车身结构响应和乘员小腿损伤响应进行了研究,提出了柔性底部防护结构这个概念,并通过多目标优化对结构进行改进。主要方法如下:首先,通过试验与仿真验证了爆炸冲击条件下的炸药空气参数以及V形防雷组件结构在爆炸冲击下的响应,验证了 ALE仿真方法模拟爆炸冲击问题的可行性和准确性。接着分析了不同的柔性底部结构在不同脉冲激励下的假人下胫骨仿真响应分析,证明了地板上装载柔性结构的合理性及必要性,为后续的整车结构分析及优化工作提供理论基础。然后,在整车爆炸试验的基础上建立了整车有限元模型,并对车身材料进行了静态和动态力学试验,为数值仿真提供准确的材料参数,建立了模型在爆炸条件下的边界条件,通过仿真以及试验验证了车辆的防护性能。最后将柔性底部防护结构应用于车身结构上,结合仿真结果验证了柔性底部结构能够提高原车的防护能力。在乘员防护安全余量较大的情况下,通过对柔性底部参数以及驾驶室车身底部板件尺寸进行了多目标优化设计,改进优化后的车身底部结构降低了乘员小腿部位的损伤风险,同时实现了驾驶室轻量化的目标,提高了车辆机动作战能力及经济性能,并通过冲击台架试验验证了优化结果。本文的研究方法与研究成果在提升整车乘员防护能力及车身轻量化方面具有一定的指导意义,可以为车身底部防护结构设计以及车身轻量化研究提供一定的理论参考。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ810.38
【图文】：

文逦抗冲击型车身柔性底部结构／ｓ，在此基础上，考虑到地板与乘员腿部直接接触，对ＳＥＡ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇｒｏｇｙ、Ａｌｌｅｎ邋Ｖａｎｇｕａｒｄ三家公司的五种地板结构（见图１．２）进行了冲没有吸能作用的地板，在冲击速度为３．７ｍ／ｓ的条件下即可达到乘员ＫＮ，ＳＥＡ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇｒｏｕｐ的两款地板结构在冲击速度为９．５ｍ／ｓ的条件力峰值，Ｓｋｙｄｅｘ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的地板结构在冲击速度达到１０．７ｍ／员下胫骨受力峰值，在试验的基础上比较了不同地板结构和材料对ｓａｙｕｋｉ邋Ｓａｋａｍｏｔｏ［３４］研宄了假人测试试验台上不同脉冲加载情况下，地板层结构上的受力，研究假人下胫骨受力与脉冲持续时间存在一靴子与地板层接触的深度影响假人下胫骨的受力，为了减小乘员小爆炸冲击下的损伤，美国Ｎａｖｉｓｔａｉ？公司在驾驶室地板上装载了如图脚垫和悬浮地板结构，同时减小地板与侧边车体焊接的刚度等技术，的冲击达到保护乘员小腿的目的。逡逑

抗冲击型车身柔性底部结构防护技术研宄逡逑达到１２ｍ／ｓ，在此基础上，考虑到地板与乘员腿部直接接触，对ＳＥＡ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇｒｏｕｐ、Ｓｋｙｄｅｘ逡逑Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ａｌｌｅｎ邋Ｖａｎｇｕａｒｄ三家公司的五种地板结构（见图１．２）进行了冲击测试，结逡逑果证明了没有吸能作用的地板，在冲击速度为３．７ｍ／ｓ的条件下即可达到乘员下胫骨受力逡逑峰值５．４ＫＮ，ＳＥＡ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇｒｏｕｐ的两款地板结构在冲击速度为９．５ｍ／ｓ的条件下达到乘员逡逑下腔骨受力峰值，Ｓｋｙｄｅｘ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的地板结构在冲击速度达到１０．７ｍ／ｓ的条件下逡逑才达到乘员下胫骨受力峰值，在试验的基础上比较了不同地板结构和材料对乘员防护能逡逑力，Ｍａｓａｙｕｋｉ邋Ｓａｋａｍｏｔｏ［３４］研宄了假人测试试验台上不同脉冲加载情况下，假人下腔骨逡逑在不同的地板层结构上的受力，研究假人下胫骨受力与脉冲持续时间存在一定的关系，逡逑同时假人靴子与地板层接触的深度影响假人下胫骨的受力，为了减小乘员小腿以及盆骨逡逑加速度在爆炸冲击下的损伤

爆炸冲击波衰减作用，验证了柔性防护结构的介质具有显著衰减冲击波的能力，且不同逡逑的夹层介质防护效果不同。国内某公司在装甲运输车中使用了复合材料的地板层结构，逡逑如图１．４所示，通过减小地板刚度有效的衰减地雷冲击对后排乘员的损伤。除了考虑整逡逑车在爆炸条件下的防护之外，车辆主要作用还是进行乘员乘车及货物运输作用，车辆在逡逑日常使用中经常经历复杂的行驶工况，车身底部结构在不同工况下承受来自路面的交变逡逑载荷，交变载荷对车身底部的性能及寿命有着直接的影响，合理的车身底部刚度既能承逡逑受日常行车过程中的不同冲击载荷［３８］，又能够吸收部分爆炸冲击传递到地板上的载荷能逡逑量，达到保护乘员下胫骨的目的［３９］。逡逑＿逡逑图１．４复合材料地板层结构逡逑１．３论文主要研宄目的和内容逡逑为提高某型抗冲击车辆在爆炸冲击作用下乘员下胫骨防护性能，本文以车身底部的逡逑不同地板结构的防护能力进行了数值仿真研宄，对车辆在爆炸冲击下的车辆及乘员下胫逡逑骨响应进行了分析

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本文编号：2796577