新型负泊松比保险杠系统多学科优化设计

发布时间：2020-10-28 15:31

　　 汽车前保险杠系统位于汽车的最前端,在汽车安全设计领域有着举足轻重的地位。在进行保险杠系统的设计时,一方面要考虑其耐撞性,使保险杠系统拥有足够的刚度和强度,从而在汽车发生碰撞时,保护车身部件和车内乘员;另一方面还要考虑对车外行人的保护作用,从而有效的降低汽车和行人发生碰撞时对行人小腿的伤害程度。本文同时兼顾耐撞性和行人保护两方面内容,结合负泊松比结构质量轻、吸能效果好和抗冲击能力强的特点,提出基于负泊松比结构的新型保险杠系统,并采用改进的多学科协同优化设计方法对其结构参数进行优化。本文的主要研究内容为:首先,为提高整车耐撞性及行人小腿保护两方面的性能要求,将负泊松比结构引入到保险杠系统的设计中,提出一种基于负泊松比结构的新型保险杠系统,主要包括了负泊松比吸能块和负泊松比横梁两部分核心结构。在确定内六角形负泊松比单胞结构后,建立了基于参数化建模方法的新型保险杠系统模型、行人小腿模型以及整车碰撞模型,在此基础上,根据GTR 9和FMVSS208法规的相关要求,对所建立的模型进行分析和验证。其次,采用正交试验设计方法,考虑行人小腿保护和汽车正面碰撞两个方面性能指标,进行新型保险杠系统的结构参数的灵敏度分析,确定保险杠系统的参数对性能指标的灵敏度大小,以及系统中可变参数对于不同评价指标的耦合关系,为后续的近似模型建立及多学科协同优化设计奠定基础。最后,针对传统的多学科协同优化方法存在的不足,提出一种改进的多学科协同优化方法,通过引入动态因子将总系统中的一致性约束改为动态约束,并改进子系统中的目标函数和总系统约束函数的范数形式,以提高传统多学科系统优化方法的收敛性和计算效率。在此基础上,结合最优拉丁方设计和响应面近似建模方法构建新型保险杠系统的多学科协同优化体系,并采用两种多目标优化算法对其主系统及子系统进行寻优搜索。本文的研究结果可以为汽车保险杠系统的开发与设计提供一定的理论基础与技术支持。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.326
【部分图文】：

新型负泊松比保险杠系统多学科优化设计2图1.1 汽车碰撞形式概率图然而，目前对于保险杠系统的研究主要集中在低速耐撞性，使保险杠系统必须要有足够的刚度和强度，从而保护汽车发生碰撞时车身部件和车内乘员。这种设计对于行人来说，保险杠刚度过大势必会加重碰撞事故中行人下肢的损伤程度。因此，设计同时兼顾耐撞性和行人保护两个方面内容的保险杠系统具有重要的研究意义。本文正是基于这种思想对保险杠系统进行优化设计，结合负泊松比结构轻质，高能量吸收特性和抗冲击能力的特点，本文提出一种基于负泊松比材料的新型保险杠系统结构，通过对材料微观结构参数的优化实现其宏观力学性能，并最终实现在不改变原有保险杠横梁耐撞性的同时，进一步降低行人小腿所受到的伤害。本文的研究内容可以为保险杠系统的设计和开发提供一定的理论基础。1.2 汽车正面碰撞及行人小腿保护概述前保险杠系统的研究主要包括汽车耐撞性领域和行人安全领域两方面的内容

新型负泊松比保险杠系统多学科优化设计4图1.5 实车碰撞试验由于整车实车碰撞试验的成本相当高，所以常常用台车碰撞来替代实车碰撞进行试验。台车实质为一个带有内饰的白车身，配有可以高速移动的底座，通过加速和减速模拟汽车撞击的效果来检验束缚系统汽车对乘员的保护，图 1.6 为轨道式碰撞台式试验装置。图1.6 轨道式碰撞台车试验零件台架试验法是汽车碰撞实验法中最高效、最便捷的一种方法，利用试验设备评估汽车零部件受到冲击载荷时的安全性能，通过该试验方法可以研究零件的结构和材料对整车碰撞的影响。 计算机仿真法随着计算机仿真模拟技术的发展，汽车的碰撞安全的研究不再局限于真实的实验室试验。在汽车的初始设计阶段，汽车设计人员可以根据汽车的相关特征参数，并借助于计算机仿真软件对行人小腿与汽车碰撞的过程进行模拟

车实质为一个带有内饰的白车身，配有可以高速移动的底座，通过加速和减速模拟汽车撞击的效果来检验束缚系统汽车对乘员的保护，图 1.6 为轨道式碰撞台式试验装置。图1.6 轨道式碰撞台车试验零件台架试验法是汽车碰撞实验法中最高效、最便捷的一种方法，利用试验设备评估汽车零部件受到冲击载荷时的安全性能，通过该试验方法可以研究零件的结构和材料对整车碰撞的影响。 计算机仿真法随着计算机仿真模拟技术的发展，汽车的碰撞安全的研究不再局限于真实的实验室试验。在汽车的初始设计阶段，汽车设计人员可以根据汽车的相关特征参数，并借助于计算机仿真软件对行人小腿与汽车碰撞的过程进行模拟，获得行人的相关损伤值，为汽车的安全性设计提供依据。常用的仿真软件有 HYPERWORKS、LS-DYNA、ANSYS、MADYMO 等。1.2.2 行人小腿保护概述在上世纪 60 年代，被誉为车轮上国家的美国首先提出了行人安全这个概念，80 年代在欧洲国家得到了推广。1987 年，欧洲车辆安全委员会（EEVC）正式开始了行人保护的研究
【参考文献】

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本文编号：2860276