面向汽车侧面碰撞仿真的模型简化和模型确认方法研究

发布时间：2020-07-02 15:49

【摘要】：在现代汽车工业发展过程中,节能与安全已成为汽车设计的最基本要求。在保证汽车碰撞安全性的前提下,如何最大限度减轻整车质量也已成为汽车领域的一个研究热点。在车辆结构优化设计过程中常采用计算机仿真技术来提升设计效率,降低开发成本。计算机技术的飞速发展使得整车仿真分析模型精度得到了极大提升,但是仿真效率降低了不少。因此,在汽车结构轻量化设计过程中,如何保证一定设计精度的同时最大限度提升优化效率成为亟待解决的问题。在几何模型向有限元模型转换过程中,很多细节特征对最终的有限元分析结果影响极小,因此采用模型简化技术对几何模型上的细节特征进行处理可以有效减少有限元分析数据规模,提升计算效率。为了保证仿真模型使用过程中的可靠性,仿真结果的准确性,有必要对其精度进行定量分析,模型验证和确认技术应运而生。在汽车结构优化过程中,大量有限元仿真迭代仍然十分耗时,通过对试验样本点及其响应进行数据拟合构建近似模型,可以降低通过有限元模型获取结构性能响应的时间,进一步提高汽车结构优化效率,因此近似模型替代有限元仿真进行结构优化设计在汽车领域得到广泛应用。本文围绕上述内容,进行了以下三方面研究:1.在传统有限元模型简化方法的基础上,提出了面向分析的简化模型误差预测方法。对简化模型进行特征分析,并结合简化模型分析结果,利用机器学习算法训练误差评估系统,使工程人员在进行有限元分析前利用该系统快速、准确地获取抑制特征对分析结果的影响,为获取精度更高的简化模型打好基础。2.在汽车侧面碰撞研究中,侧面耐撞性最直观的体现就是车门表面的变形。本文针对侧碰仿真时汽车侧围结构变形情况研究了面向变形曲面的模型确认方法,并结合动态系统模型确认方法,提出了面向汽车侧碰仿真的模型确认框架,使研究人员能够更加全面地分析有限元模型仿真精度。3.基于仿真的结构优化设计需要通过近似建模技术来对高复杂度计算过程近似以减少计算时间,为优化迭代过程提供支持。本文基于简化侧碰仿真模型构建了B柱结构优化近似模型,考虑到简化模型仿真度与原始模型之间存在差异,通过原始高仿真度模型和简化低仿真度模型响应差值对优化约束进行修正,提升了基于简化模型的B柱结构优化设计精度。将上述内容应用到某款车B柱轻量化设计中,在保证优化结构具有良好耐撞性的同时实现了B柱轻量化。结果表明,应用本文提出的方法能够在保证模型精度的同时大大提高优化效率。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14
【图文】：

商不断缩短新车型开发周期，降低研发成本[1]。此外，随着人们对汽车关注，以及安全法规的日趋完善，汽车安全已成为汽车厂商及工程研的核心问题。一款新车型开发主要经历以下几个阶段：概念设计阶段阶段、产品验证与生产阶段。汽车安全性分析贯穿于整个新车型开发从概念设计阶段的布置参数确定到详细设计阶段整车安全性能评估都常，汽车安全性能会根据不同工况进行分类评价，如正面碰撞，偏置柱碰，侧面移动壁障碰撞，后碰，翻滚等。由于汽车侧围在发生侧面碰前部、后部那样的空间结构变形吸收碰撞能量，因此，侧围是整车碰薄弱的区域，乘员也会因为与被撞侧较近而受到更为强烈的冲击载荷统计数据显示也可证实这一结论：我国道路交通事故统计年报[3]显示 2016年，我国由交通事故引发的人员伤亡数每年都有几十万人，是全通事故死亡人数最多的国家之一。在所有的车辆交通事故中，侧面碰撞生占比造成了 42%经济损失，是所有事故类型中造成损失最严重的一开展汽车侧面结构耐撞性研究具有十分重要的意义。

图 1.2 交通事故类型及其造成的损失占比Fig.1.2 The proportion of different crash types and losses目前，汽车安全性能研究方法大致可以分为物理样车试验和有限元模型仿真两种，如图 1.3，图 1.4 所示。样车试验可以很好的模拟真实碰撞情况，是早期汽车耐撞性研究的主要方法，但试验法需要大量的时间和资金，不利于开展汽车碰撞的深入研究。为了在汽车研发中降低开发成本和缩短研发周期，工程研究人员开始采用计算机辅助工程(CAE)模型来替代真实系统进行研发。在八十年代末，我国许多企业开始从国外引进了具有国际先进水平的 CAE系统软件和硬件用于汽车设计研发[4]。国内汽车厂商近些年在汽车安全系统的研发中也越来越重视运用CAE仿真技术替代实车碰撞试验，从而可以在降低研发成本的同时提高研发效率与整车性能。然而，随着碰撞有限元模型计算规模的日益庞大，同时在整车设计过程中需要考虑更多的性能要求，导致 CAE 仿真效率不断降低[5]。特别是在与汽车正碰相比，仿真工况更加复杂，仿真时间更长的汽车侧碰仿真研究中，有限元仿真不但对计算机能力的要求更高，也不利于进一步开展汽车侧面碰撞研究。为了使

【参考文献】

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本文编号：2738377