汽车薄壁吸能部件耐撞性及吸能特性设计研究

发布时间：2017-10-27 16:18

  本文关键词：汽车薄壁吸能部件耐撞性及吸能特性设计研究

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【摘要】：近年来我国汽车保有量高速增长,由此带来的汽车安全性问题日益突出,而交通碰撞事故多集中在正面碰撞。商用汽车如重型卡车、客车等工程车辆的构造特点决定了其前部缓冲吸能空间较短,一旦发生正面碰撞,不仅车身前部装置易受波及受损,司乘人员也更易发生伤亡事故。目前我国商用汽车在安全性设计、主被动安全装置和乘员保护设施上要明显不足于乘用车,而且针于商用汽车被动安全的设计和要求也缺乏重视,对于商用汽车安全的强制性法规仍不够完善。由于我国交通运输产业针对高速能力和运载能力的要求越来越高,商用汽车的被动安全存在的问题日益严峻。综上所述,为了提高商用车的被动安全性并促进我国交通运输业和汽车工业的快速增长,针对提高商用汽车正面耐撞性的研究设计是适时且必要的。本文立足于目前汽车安全领域的大量研究资料和设计经验上,总结出一种针对正面碰撞情况下提高商用汽车耐撞性和吸能特性的设计思路和方法,选取优良的材料和结构,设计出不同截面形状的吸能组件。然后运用非线性有限元试验方法,参照实际交通事故和国家标准对所设计的吸能试件进行正面轴向载荷的碰撞冲击计算机仿真模拟试验。并对其耐撞性及吸能特性进行基于碰撞理论的讨论分析。从吸能试件的碰撞力传递和碰撞能吸收效率等方面研究所设计的吸能试件是否符合车辆碰撞安全的性能要求。在符合安全稳定的碰撞要求的前提下,从不同截面的吸能试件中优选出具有良好吸能缓冲性能的试件。在上述设计的基础上,针对缓冲吸能部件吸能性能不足的问题。本文对吸能变形区间空间架构进行相应的改进,设计了一系列多胞架构金属薄壁缓冲吸能装置。在此基础上进行进一步的仿真试验和研究对比,优选出具有良好耐撞性能的多胞薄壁吸能试件。试验结果显示改进后缓冲吸能部件的耐撞性有了显著的提高。为了实现吸能部件在尽可能多吸收碰撞能量的同时,确保车辆防撞吸能构件能够产生持续稳定的压缩变形。本文采用泡沫铝作为吸能部件的填充材料,使用有限元模拟碰撞仿真的方法,分析填充了泡沫铝的多胞薄壁吸能试件在轴向碰撞冲击过程中的力学响应,从而设计出一种拥有强大吸能能力且碰撞压缩过程持续稳定的吸能构件:泡沫铝填充的三胞金属薄壁方管。最终通过验证试验,为今后针对汽车正面碰撞被动安全性的设计和改进提供了案例和参考。最后,对所做的研究设计工作进行了总结,并简单分析了所设计的前防撞梁缓冲吸能系统中存在的一些值得改进的地方,以及阐述了对未来防撞缓冲装置的研究方向。
【关键词】：汽车碰撞 薄壁吸能构件 多胞结构 耐撞性设计
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外汽车碰撞研究发展状况11-12
• 1.3 国内外汽车吸能部件耐撞性问题的研究发展状况12-15
• 1.3.1 汽车吸能部件结构抗撞性技术研究12-13
• 1.3.2 汽车吸能部件抗撞性的结构研究13-15
• 1.4 课题研究的内容15-18
• 1.4.1 本课题设计内容15-16
• 1.4.2 本课题试验方法16-18
• 第二章 吸能部件设计理论和有限元碰撞试验理论18-24
• 2.1 汽车缓冲吸能部件设计理论18-19
• 2.2 汽车缓冲吸能部件设计方法19-20
• 2.2.1 经验法19
• 2.2.2 试验法19-20
• 2.2.3 数值仿真模拟计算法20
• 2.3 动态分析的主要方法20-21
• 2.4 有限元模型建立注意事项21
• 2.5 碰撞性能测算方程21-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 不同几何截面薄壁构件的耐撞性设计24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 分析模型及试验的建立24-27
• 3.2.1 材料模型24-25
• 3.2.2 有限元模型的建立及碰撞仿真设立25-27
• 3.3 四种截面的吸能部件碰撞仿真及耐撞性分析27-33
• 3.3.1 吸能部件碰撞变形云图分析27-29
• 3.3.2 吸能部件碰撞能量曲线分析29-30
• 3.3.3 吸能部件碰撞压缩变形曲线分析30-31
• 3.3.4 吸能部件碰撞力曲线分析31-32
• 3.3.5 吸能部件碰撞性能分析32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第四章 不同单元多胞薄壁构件的耐撞性设计35-45
• 4.1 引言35
• 4.2 分析模型及试验的建立35-37
• 4.2.1 材料模型35
• 4.2.2 有限元模型的建立及碰撞仿真设立35-37
• 4.3 多胞结构吸能部件碰撞仿真及耐撞性分析37-43
• 4.3.1 多胞结构吸能部件碰撞变形云图37-39
• 4.3.2 多胞结构吸能部件碰撞能量曲线分析39-40
• 4.3.3 多胞结构吸能部件碰撞压缩变形曲线分析40-41
• 4.3.4 多胞结构吸能部件碰撞力曲线分析41-42
• 4.3.5 多胞结构吸能部件碰撞性能分析42-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第五章 泡沫铝填充多胞薄壁构件的耐撞性设计45-56
• 5.1 引言45
• 5.2 分析模型及试验的建立45-49
• 5.2.1 材料模型45-46
• 5.2.2 有限元模型的建立及碰撞仿真设立46-49
• 5.3 泡沫铝填充多胞结构吸能部件碰撞仿真及耐撞性分析49-54
• 5.3.1 泡沫铝填充多胞结构吸能部件碰撞变形云图分析49-50
• 5.3.2 泡沫铝填充多胞结构吸能部件碰撞能量曲线分析50-51
• 5.3.3 泡沫铝填充多胞结构吸能部件碰撞压缩变形曲线分析51-52
• 5.3.4 泡沫铝填充多胞结构吸能部件碰撞力曲线分析52-53
• 5.3.5 泡沫铝填充多胞结构吸能部件碰撞性能分析53-54
• 5.4 本章小结54-56
• 第六章 某商用车前防撞梁系统下碰撞对比试验56-64
• 6.1 引言56
• 6.2 分析模型及试验的建立56-59
• 6.2.1 材料模型56-57
• 6.2.2 有限元模型的建立及碰撞仿真设立57-59
• 6.3 前防撞梁系统下的碰撞对比试验及耐撞性分析59-63
• 6.3.1 对比碰撞试验变形云图分析59-60
• 6.3.2 对比碰撞试验力学曲线及碰撞性能分析60-63
• 6.4 对比试验总结63-64
• 总结和展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68

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