当前位置:主页 > 科技论文 > 汽车论文 >

车辆吸能部件耐撞性的拓扑优化研究

发布时间:2018-04-08 16:04

  本文选题:静态拓扑优化 切入点:动态拓扑优化 出处:《湖南大学》2016年硕士论文


【摘要】:随着汽车工业的发展,节能、安全、环保日益成为人们关注的焦点。汽车正面碰撞的安全性是汽车被动安全中十分重要的一环,在汽车发生正面碰撞时,车辆前部吸能部件是主要的承载和传力结构,而吸能部件的吸能特性直接关系到驾驶舱的完整性及传递到乘员的碰撞力和加速度,因此研究正碰工况下的车辆吸能部件的耐撞性具有非常重要的意义。本文基于拓扑优化方法,主要开展车辆正面碰撞工况下前部吸能结构的耐撞性拓扑优化研究,针对福特Explorer车型的分析,对其主要的吸能部件前纵梁和保险杠进行了拓扑优化和尺寸优化,并将验证后的优化结果在整车当中进行了应用。本文的主要研究内容和工作如下:1、在对大量实际车型吸能梁结构尺寸进行测量的基础上,分别研究了不同初始截面、不同初始长度、不同初始材料直梁的动态拓扑优化,得出各种条件下直梁的最佳截面形状和诱导结构的大体位置,为以后汽车直梁件的设计提供了参考。2、针对福特Explorer各部件吸能情况,选取汽车前纵梁前段和保险杠进行耐撞性拓扑优化研究。本文创新性地结合了静态和动态两种拓扑优化方法对汽车前纵梁进行结构耐撞性拓扑优化,综合考虑前纵梁的轴向刚度、侧向刚度和吸能特性,最终确定前纵梁的最佳截面形式与诱导结构的尺寸和位置;针对保险杠进行动态拓扑优化得到保险杠的最佳结构形式。对优化后的前纵梁和保险杠进行重构并进行尺寸优化,得出铝合金前纵梁和保险杠各部分的具体厚度尺寸。3、对优化前后的汽车前纵梁和保险杠进行吸能特性仿真对比分析,结果表明,优化后铝合金前纵梁的比吸能是原来钢质前纵梁比吸能的3.7倍,最大碰撞力减少了32.77%,单根前纵梁的质量减少了2.59kg;优化后铝合金保险杠的比吸能是原来钢质保险杠比吸能的3.2倍,且质量降低了2.51kg,符合轻量化要求;把得到的前纵梁前段和保险杠的优化结果应用到福特Explorer上,对整车进行正面100%重叠率刚性壁碰撞仿真分析,结果表明,整车的耐撞性能得到了一定的改善。
[Abstract]:With the development of automobile industry, energy-saving, safety and environmental protection have become the focus of attention.The safety of vehicle frontal collision is a very important part in the passive safety of automobile. In the frontal impact, the front part of the vehicle is the main bearing and transmitting structure.The energy absorption characteristics of the energy-absorbing components are directly related to the integrity of the cockpit and the impact force and acceleration transmitted to the occupants, so it is of great significance to study the crashworthiness of the energy-absorbing parts of the vehicle under the positive impact conditions.Based on the topology optimization method, this paper mainly studies the topology optimization of the front energy absorption structure under the frontal impact condition, and analyzes the Ford Explorer model.Topology optimization and dimension optimization of the front longitudinal beam and bumper of its main energy absorption components are carried out, and the verified optimization results are applied in the whole vehicle.The main contents and work of this paper are as follows: 1. On the basis of measuring the structural dimensions of a large number of practical energy absorption beams, the dynamic topology optimization of different initial cross-sections, different initial lengths, and different initial material straight beams are studied respectively.The optimum section shape of straight beam and the general position of induced structure under various conditions are obtained, which provides a reference for the design of automobile straight beam in the future. Aiming at the energy absorption of each component of Ford Explorer,The front section of front longitudinal beam and bumper are selected to optimize the crashworthiness topology.In this paper, the static and dynamic topology optimization methods are innovatively combined to optimize the crashworthiness topology of the front longitudinal beam. The axial stiffness, lateral stiffness and energy absorption characteristics of the front longitudinal beam are considered synthetically.Finally, the optimum section form of the front longitudinal beam and the size and position of the induced structure are determined, and the optimum structure form of the bumper is obtained by dynamic topology optimization for the bumper.The optimized front longitudinal beam and bumper are reconstructed and the dimensions are optimized. The specific thickness dimensions of each part of aluminum alloy front longitudinal beam and bumper are obtained. The energy absorption characteristics of the front longitudinal beam and bumper before and after optimization are compared and analyzed by simulation.The results show that the specific energy absorption of the aluminum alloy front longitudinal beam after optimization is 3.7 times that of the original steel front longitudinal beam.The maximum impact force decreases 32.77 kg, the mass of single front longitudinal beam decreases 2.59 kg, the specific energy absorption of the optimized aluminum alloy bumper is 3.2 times that of the original steel bumper, and the mass is reduced 2.51 kg, which meets the requirement of lightweight.The optimized results of front longitudinal beam and bumper are applied to Ford Explorer, and the 100% overlap rate rigid wall collision simulation analysis is carried out. The results show that the crashworthiness of the whole vehicle is improved to a certain extent.
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U467.14

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 谢昌旺;赵永志;;抗震支撑吸能器[J];世界地震工程;1985年01期

2 黄祥兵,朱锡,刘勇;大型水面舰艇舷侧水下防雷舱吸能结构论证设计[J];海军工程大学学报;2000年03期

3 张立玲;高峰;;金属薄壁吸能结构耐撞性研究进展[J];机械工人;2006年01期

4 葛如海;王群山;杨建;苗强;;分层吸能式保险杠优化设计[J];机械设计与制造;2006年11期

5 李邦国;陈潇凯;林逸;;车用吸能部件吸能特性的改进[J];吉林大学学报(工学版);2009年01期

6 黄春曼;李慧敏;;车辆碰撞及吸能材料结构研究进展综述[J];装备制造技术;2012年01期

7 朱锡;冯文山;;爆炸载荷作用下的船用吸能防护结构[J];海军工程学院学报;1993年01期

8 李健,李庆华;刚性汽车撞击吸能技术[J];新技术新工艺;1997年05期

9 赵凯;刘凯欣;叶琳;杨嘉陵;;圆环列吸能器的力学机理及应用[J];清华大学学报(自然科学版);2007年05期

10 袁俊;孙凌玉;;基于响应表面法的分级吸能结构优化设计[J];重庆理工大学学报(自然科学版);2010年04期

相关会议论文 前10条

1 杨志强;杨嘉陵;;吸能缓冲靴设计方法研究[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年

2 王光耀;万鑫铭;李阳;高丽;周佳;赵清江;;热处理工艺对铝合金吸能盒力学性能和吸能性能影响的研究[A];2012重庆汽车工程学会年会论文集[C];2012年

3 赵洪伦;程玲;王文斌;;吸能元件特性的非线性有限元仿真研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年

4 许亚洪;程群峰;益小苏;;不同引发机制对复合材料圆管件吸能性能影响的初步研究[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年

5 燕瑛;罗炜桓;王立朋;宫少波;;复合材料圆筒结构准静态压缩破坏吸能研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年

6 彭跃湘;;平头汽车碰撞吸能器结构设计与试验研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年

7 黄可;顾菲菲;何思渊;何德坪;;梯度孔径多孔铝合金的压缩及吸能性能[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

8 李本怀;王科飞;李成林;;B型不锈钢地铁碰撞吸能研究[A];第八届中国智能交通年会论文集[C];2013年

9 潘一山;吕祥锋;李忠华;;煤矿冲击地压巷道吸能支护研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年

10 赵桂范;林乐川;储元娟;;曲面壳体撞击吸能分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前4条

1 湖南记者站 组稿;列车结构塑变吸能技术及装置[N];科技日报;2012年

2 本报记者 谢莉葳;寻求车头吸能与刚性的平衡[N];中国消费者报;2013年

3 成吉昌 郭惠斌;防撞吸能装置令驾驶员更安全[N];中国汽车报;2001年

4 段衍;轻客品质 微面成本[N];民营经济报;2006年

相关博士学位论文 前8条

1 付玉凯;高冲击韧性锚杆吸能减冲原理及应用[D];煤炭科学研究总院;2015年

2 张宗华;轻质吸能材料和结构的耐撞性分析与设计优化[D];大连理工大学;2010年

3 雷成;基于多体系统动力学的机车车辆耐撞性研究[D];西南交通大学;2014年

4 柳艳杰;汽车低速碰撞吸能部件的抗撞性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 尹汉锋;着陆缓冲系统中吸能结构的耐撞性优化[D];湖南大学;2011年

6 李松晏;高速列车吸能结构研究与明线交会安全评估[D];中国科学技术大学;2014年

7 王志华;泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究[D];太原理工大学;2005年

8 黄俊;面向行人下肢碰撞保护的汽车前端结构快速优化设计研究[D];清华大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 姚鹏辉;基于连挂碰撞的城轨车辆吸能结构研究[D];西南交通大学;2015年

2 余建立;翻转式薄壁结构吸能特性研究及其在吸能盒中的运用[D];华南理工大学;2015年

3 刘洪兰;汽车吸能盒抗撞性仿真优化研究[D];上海工程技术大学;2015年

4 张哲绎;复合材料薄壁结构抗撞性优化设计[D];燕山大学;2016年

5 宋慧斌;车辆吸能部件耐撞性的拓扑优化研究[D];湖南大学;2016年

6 曹松;基于聚氨酯管的台车碰撞缓冲吸能装置研究[D];湖南大学;2016年

7 程洁;多孔材料压缩变形行为及吸能性能的研究[D];中国民航大学;2016年

8 石建;航空泡沫铝合金的制备与吸能性能研究[D];中国民航大学;2016年

9 李正官;仿甲虫鞘翅耐撞性吸能结构的设计及应用研究[D];南京航空航天大学;2012年

10 元涵;吸能保险杠对于正碰的影响及结构的优化[D];武汉理工大学;2013年



本文编号:1722329

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/1722329.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户d31ad***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com