面向侧面碰撞的微型汽车B柱耐撞性优化

发布时间：2020-07-29 10:23

【摘要】：汽车碰撞正在成为现代汽车技术研究的最重要课题之一。碰撞类型当中,侧面碰撞的发生率较高,同时乘员死亡率也高。而B柱作为侧面碰撞中首当其冲的部件,其强度与刚度直接决定了汽车的侧面碰撞耐撞性能。以优化侧面碰撞中汽车B柱的耐撞性为目标,本文主要开展了以下几部分内容的研究工作:(1)基于HyperMesh与LS-DYNA有限元软件,建立整车侧面碰撞模型,从车身变形情况、传力路径优化与能量分布情况三个方面对侧围结构件进行碰撞分析,得到侧面碰撞中重点研究的对象为B柱。(2)对零部件试验工况进行设计,得到加载行程为150mm、加载速度为5mm/min(仿真时为2mm/ms)、支承圆柱与加载压头的直径均为30mm、跨距为820mm、支撑方式为两端简支、加载位置为梁中间部位。根据截面惯性矩一定的原则,将B柱率先折弯位置处截面等效简化成规则的矩形截面,其长×宽的尺寸为130mm×85mm。(3)设计一种准静态三点弯曲试验装置,同时确定了试验所用到的两个评价指标,分别是平均载荷与载荷峰值。针对材料、厚度和截面长宽比三个研究因素,进行了抗弯性能影响规律的探究。对于材料因素,材料的屈服强度越高,薄壁梁的抗弯性能越好;对于厚度因素,厚度越大,薄壁梁的抗弯性能越好,但不能一直地增大,另外,内板对抵抗弯曲所起的作用较小,抗弯性能主要由外板来体现;对于截面长宽比,截面周长一定的情况下,长宽比越大,即薄壁梁形状越扁平,其抗弯性能则会越差。(4)应用所得到的抗弯性能规律指导B柱结构的设计,得到截面优化后的B柱。接着在整车侧面碰撞有限元模型中采用正交试验设计技术,基于Kriging近似模型,结合NSGA-Ⅱ优化算法,以B柱的质量m最小以及腹部侵入量D最小为两个目标函数,优化B柱的外板材料与厚度、加强板材料与厚度以及内板材料这五个参数,获得多目标下B柱性能最优的组合方案,并优化仿真结果与初始仿真结果进行对比,得到优化方案下的B柱质量减少了10.77%,腹部侵入量减少了28.51%,从而对优化方案进行了有效的验证,结果显示本优化方法具有可靠性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14
【图文】：

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加上车门距离乘员的距离较短，故乘员面此，汽车侧面碰撞成为汽车安全研究的重点内容。来，国内外针对提高事故中汽车的耐撞性，提出了。例如，2006 年 7 月，中国汽车技术研究中心首度提新车评价规程。C-NCAP 是将在市场上购买的新车安全性能测试，其比我国现有强制性国家标准更加面碰撞试验要求对一种车型进行可变形移动壁障台台车）速度为 50km/h 与车辆的侧面碰撞，碰撞示意据得到的各试验数据，计算各项试验得分和总分，]。在 C-NCAP 规程中，侧面碰撞试验是强制性试验比例较大，接近三分之一。而最新颁布的 2018 年 2015 年版的严格得多，修改了侧面碰撞可变形壁障的评价标准也有了大幅度提高，使得车型的五星级这种背景，包括国内外各大汽车企业、研究院与高面碰撞安全性能的研究[3]。

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碰撞分析部位的距离直接影响了乘员的损伤情会很小，例如，侧面碰撞。如果侧围对乘员造成严重的损伤，甚至死亡。件成为直接承受碰撞载荷的第一道屏撞性，吸收掉巨大的碰撞能量，以改善其附近的车身结构件进行耐撞性研究几乎没有缓冲空间，故 B 柱是抵抗车性能是汽车侧面碰撞耐撞性能最主要的大地影响到乘员的生存空间。B 柱总成身外覆盖件（即外板）、加强板、加

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建立了某车型整车侧面碰撞有限元模型，在 HyperMesh 软件中截得的模型示意图如图2-2 所示，其碰撞速度为 50km/h，碰撞过程持续的时间大概为 90ms。要采用某有限元模型进行仿真分析，首先要做的事情是验证模型的精度，验证其是否满足使用要求。根据同项目组的徐芳所写的学位论文[47]中的节 2.1.2所示仿真结果，从能量变化曲线结果验证了有限元模型的有效性，而本文使用的是同一个模型，故模型满足使用要求。图 2-2 某车型整车侧面碰撞有限元模型为了方便观察梁构件的变形情况，故隐去了车门、车窗、引擎盖与顶盖等，整车侧面碰撞时不同时刻的车身变形仿真结果如图 2-3 所示。由图可以看出，主要变形区是汽车的侧围部分，随着时刻的增大，侧围位置的 B 柱、门槛梁、车门防撞杆、上边梁等均产生了较为明显的塑性铰，出现弯曲变形，并有部分结构件整体向乘员舱侵入，这时，驾驶员的生命受到了极大程度的威胁。而根据变形严重程度，明显地 B 柱首当其冲

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