基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究

发布时间：2020-10-30 09:31

　　 安全,节能和环保一直是汽车工业发展中的重要主题。汽车安全性作为与汽车使用者自身生命财产最直接相关的指标,在消费者心目中占有举足轻重的地位。汽车碰撞安全中的正面碰撞、侧面碰撞和后侧碰撞碰及其乘员保护经过多年的研究和发展,已经形成了多个完善的评价机制,极大地降低了交通事故的死亡率和经济损失。而汽车翻滚事故是发生率相比上述三种类型事故较小的一种交通事故类型。虽然翻滚事故发生率在所有交通事故类型中占比较小,但是死亡率却非常高。在我国,由于翻滚事故没有完善和成熟的评价机制,相关的研究也相对较少,随着正面碰撞和侧面碰撞事故发生率的一直减小,翻滚事故的发生率也出现了上升的势头,因此汽车的翻滚安全性在汽车被动安全研究将变得越来越重要。相比正面碰撞和侧面碰撞,汽车翻滚事故过程持续时间更长且更为复杂,导致翻滚事故的研究难度较大。翻滚事故持续时间多在3000ms左右,利用基于LS-Dyna的非线性大变形有限元仿真模型的计算时间过长。一个完整的有限元整车翻滚模型使用高性能计算服务器完成一次计算至少需要3天以上,计算效率极低,给研究带来了极大的不便,特别是对于翻滚过程乘员运动和损伤相关的研究。车身结构变形在有限元计算过程中耗费计算时间较多,而大多数车身结构在整车翻滚过程中并未变形或变形对于乘员损伤并没有明显影响。因此,可利用整车有限模型进行参数输入,运用MADYMO软件对有限元模型参数进行简化处理,保证模型的翻滚姿态正确的基础上进行乘员运动特性和损伤的研究。论文将塑性铰理论应用于翻滚多刚体模型,利用MADYMO建立了某车型的精细多刚体模型,有效保证了翻滚模型的精度,且相比于有限元整车翻滚模型,计算时间可以减少20倍以上。对该车型根据FMVSS 208法规进行平台翻车试验,仿真模型与试验实车在翻滚响应上显示了较高的吻合度。为了验证模型的适应性,将仿真模型依据螺旋翻滚试验标准进行改造并进行仿真,后续进行的螺旋翻滚试验表明,模型适用性良好,具有较高的应用价值。利用已验证模型对翻滚过程中的假人动态响应和损伤进行了分析,运用回归分析法研究了车辆主要参数与翻滚中主驾驶颈部损伤的关系。结果表明,主驾驶颈部损伤与车辆轴距改变量呈正相关关系。上述利用多刚体方法建立的车辆翻滚模型,能够大幅度提升汽车翻滚研究特别是翻滚过程乘员损伤研究的效率,有利于快速确定翻滚过程的乘员运动情况和损伤影响因素,并且根据分析结果进行相应的乘员保护措施和产品的开发。上述研究内容对汽车翻滚安全性的研究极具参考价值,对车辆翻滚安全性能的提升具有实践价值,有助于整车企业开发出更加安全的汽车。提出了一种专用于汽车翻滚的新型车顶安全气囊结构,相比现有的车顶气囊形式,此新型结构安全气囊改进了若干不足之处,使气囊的展开对乘员更加安全,保护能力更加持久。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U467.14
【部分图文】：

的碰撞安全性、乘员约束系统性能以及乘员损适用来研究车辆碰撞工况下乘员运动相应和损伤计参数对乘员运动和损伤的影响， 比如车辆座椅另外，MADYMO 也经常被用于其它一些交通工飞机、摩托车等[27]。MADYMO 的一大特点是可效地结合进行分析，在混合模型中，多体系统部链的受力情况，有限元部分则适用于研究碰撞结构在建模时有比较大的自由度，可以只建立有限元以建立两者的混合模型，软件中有专门用于二者与多体系统简介有多种坐标系都可以表征空间的概念，多体系统系有：笛卡尔坐标系，铰链坐标系以及自然坐标体系统的作用和复杂程度。对于模拟车体在碰撞动关系，可以选择笛卡尔坐标系进行系统运动关

定义对于建立多刚体模型十分重要。铰链根据其是否可以运动分为运铰，运动铰根据其不同方向上的自由度又可以分为：滑移铰（Transla铰（Revolute）、圆柱铰（Cylindrical）、万向铰（Universal）、球铰（Sp面铰（Planar）等。固定铰虽然是铰链的一种，但是其自由度为 0，因接的两个刚体相对位置固定，处于锁死状态。用于整车碰撞的多体系统实际上不但可以包含多刚体结构，MADYM以将多刚体系统和有限元结构相互融合为一个混合系统。在整车碰撞系统可以包含以下内容：具有转动惯量、质量、质心位置和形状的体、位置、方向和连接父子体的铰；具有网格、材料、厚度和积分方式构；初始边界条件和接触。.3 多体系统结构参考空间是多体系统运动时的参考基准，因此每个多体系统都应该至通过运动铰连接到参考空间上去，或者应该定义其中一个体相对于参动时间函数来确定多体系统的运动情况。

基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究包含了铰链连接的多体系统（图 2.2）。两个没有运动铰连接的多体系统称的多体系统。多体系统内刚体的相互连接关系可以在输入文件中进行初始动铰可对多个体进行连接，运动铰也决定着多体系统结构形式的特点[28]。多个体所组成的系统被称为多体系统，系统中通过一个运动铰将相邻的两接起来。在多体系统中，如果从多体系统中任意一个体 i 到另一个任意体路径假如是唯一的，那么此多体系统称为树状多体系统 (图 2.3（a）) ，线称为体 i 到体 j 的路径。如果任意的两个体之间有存在另外一条连通那么这两个路径之间的体形成了闭环 (图 2.3（b）) 。MADYMO 软件可成树状或闭环多体系统的运动方程。在闭环系统中去掉封一个运动铰，多系统就会变成一个树状的拓扑结构系统，去掉的铰称为“闭环”铰。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 叶取源;;用耦合求解水动力和刚体运动方程方法计算物体的水中弹道[J];上海交通大学学报;1987年05期

2 王家勇;杨菊英;;关于刚体平动的判别法[J];浙江水产学院学报;1987年01期

3 毛荣宝;;用功率方程推证刚体运动方程[J];沈阳工业学院学报;1987年01期

4 缪钟英,刘启耕;转动刚体中的动能分布与内力做功[J];大学物理;1987年09期

5 陈书鑫;刚体的合成运动[J];淮南矿业学院学报;1988年01期

6 钟蜀晖;;动轴理论在铰链连接的刚体系统中的应用[J];贵州工学院学报;1988年04期

7 蔡建乐;关于刚体有限转动的描述[J];益阳师专学报;1989年05期

8 高满屯;从序列图象获取运动刚体的三维信息[J];工程图学学报;1989年01期

9 马军;吴成柯;陆心如;;应用直线对应估计刚体结构及其运动参数[J];信号处理;1989年02期

10 王宗德;;刚体瞬时运动合成的一种实用方法[J];太原机械学院学报;1989年02期

相关博士学位论文 前2条

1 吴第旻;基于几何代数的导航算法与控制律设计[D];国防科学技术大学;2012年

2 张弩;球形气泡载荷作用下船体结构的动态响应研究[D];大连理工大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 张埔;基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究[D];湖南大学;2018年

2 饶心远;多刚体连接系统模型简化辨识及鲁棒控制[D];电子科技大学;2018年

3 刘战胜;基于多刚体和有限元耦合建模的汽车翻滚仿真研究[D];重庆理工大学;2018年

4 李丹丹;基于非刚体轨迹基的图像缺失值恢复[D];陕西师范大学;2017年

5 王雪娇;形状可变刚体机构的设计方法及特性分析[D];北京邮电大学;2016年

6 王永锟;基于交叉平面的刚体运动参数测量系统研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 陈成雨;平面刚体运动中的若干几何学问题[D];大连理工大学;2014年

8 陈竞博;基于轨迹分段表示算法的非刚体运动重建技术研究[D];浙江理工大学;2015年

9 王晶;基于轨迹基的非刚体运动恢复研究[D];浙江理工大学;2014年

10 黄甜芳;形状可变机构的设计与应用[D];北京邮电大学;2017年

本文编号：2862288