汽车吸能盒正面碰撞的有限元分析及优化

发布时间：2020-07-05 11:28

【摘要】：汽车吸能盒作为汽车保险杠内重要的吸能装置,也是汽车被动安全的重要组成,在汽车发生低速碰撞时能够有效的吸收碰撞动能,从而来保障乘员与车辆的安全。在汽车发生正面碰撞时因各种原因不能达到100%的正面碰撞。因此,本文运用非线性有限元LS-DYNA仿真软件在汽车的正面低速碰撞出现角度偏差的情况下对某型号吸能盒进行碰撞仿真模拟分析。汽车碰撞是瞬态复杂的物理过程,涉及大变形和大位移及冲击载荷,为非线性动力问题,冲击载荷与接触在汽车碰撞过程中是一动态接触问题,影响着分析的全过程。本研究采用有限元软件LS-DYNA对吸能盒碰撞进行动态仿真分析,对碰撞冲击过程采用显式动力计算理论进行求解,其求解碰撞问题利用中心差分法离散时间域。采用显式中心差分法。本文选取某型号吸能盒,通过落锤冲击试验平台进行试验,对比LS-DYNA仿真软件的碰撞仿真分析结果,验证了LS-DYNA软件仿真的可行性与仿真结果的可靠性。然后考虑到汽车正面低速碰撞的角度偏差问题,提出几种不同尺寸结构的吸能盒,考虑正面碰撞角度偏差出现0°,10°,20°时进行碰撞仿真模拟,在确保吸能盒在正面碰撞过程中能够吸收一定能量的基础上,当汽车的碰撞角度发生偏差时也能够使吸能盒具有良好的吸能效果,保障车辆与乘员的安全。并通过定义目标优化函数及仿真研究进行吸能盒的优化设计,得到优化后吸能盒的碰撞吸能数值及碰撞角度变化时碰撞吸能的变化情况,从而得出具有最佳吸能性能吸能盒的设计变量,即吸能盒壁厚3mm、长200mm、边数为6,此结构下在碰撞角度偏差0°,10°,20°时其T值最小。同时考虑到汽车碰撞时速度的提高,提出一种新型的吸能盒结构设计,以此在中高速汽车碰撞的情况下吸能盒也能发挥一定的吸能作用,保障车辆与乘员的安全。本文的研究内容能够为汽车厂家的设计提供一定的参考意义。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14
【图文】：

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现如今科技的不断发展与成熟，人们的社会活动越来越频繁，随之出现的道路交通也在不断的发生着变化。各种交通工具的出现极大的方便了人们的生活与出行，与此同时，交通工具带来的各类交通安全事故也在频繁发生。在各类交通安全事故中道路上车辆所产生的安全问题最为严重。国家统计局发布《中华人民共和国 2016 年国民经济和社会发展统计公报》，报告中包括有交通有关的内容。其中道路交通事故万车死亡人数 2.1 人，与 2015 数据保持一致[1]。2011 年至 2016 年中国道路交通事故死亡人数统计图如下 1-1 所示，以2016 年 19440 万的民用汽车保有辆（包括三轮汽车和低速货车 881 万辆）来计算，可得出：现阶段由于交通事故导致的死亡率逐渐增加，由统计数据可得，2016 年的交通死亡人数为 40824 人，而 2015 年的死亡人数为 36178 人，死亡人数增加了 4646 人[1]。导致死亡率增加的原因不仅仅是由于交通事故，而是由于车辆安全性能的影响，据国家安全局以及交通部门的数据显示，车祸率继续显著高发。由于我国是人口大国，我国由于交通事故导致居民死亡一直居高不下，所以降低车祸的发生率以及保障车辆的安全性能有着十分重要的实际意义[2]。

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图 1-2 各类安全事故死亡人数比例汽车发生碰撞事故时导致乘客受伤的因素有以下两个：一是在汽车碰因碰撞物的阻碍而产生巨大撞击力，导致车速急剧变化出现大的加速度，于惯性的作用，在碰撞过程中身体会往前倾的同时会承受巨大的冲击力而害。二是在汽车碰撞时，车辆车身结构会出现大的变形与乘客产生直接接乘客造成挤压等伤害[4][5]。汽车碰撞事故的频发跟人们带来了身体上的伤济上损失，如今对汽车安全技术的研究开发已成为科研人员及汽车企业的究项目[6]。最先研究汽车碰撞问题的国家是美国[7]，至今已有一个多世纪的在研究初期，采用实车碰撞试验；到 20 世纪中期发展为台车碰撞试验；算机碰撞有限元理论技术的出现，80 年代开始，小部分研究人员开始通机仿真模拟汽车碰撞，现如今国外大多数研究汽车碰撞问题的厂家都采用术[8][9]。应用计算机仿真模拟汽车碰撞,不仅能大量缩减车型的研发时间，节约大量的研发成本，所以计算机仿真模拟技术得到了各大汽车厂家的应1.2 课题研究背景

【参考文献】