兼顾低速碰撞与行人小腿保护的汽车前保险杠系统优化研究

发布时间：2020-11-21 03:15

　　 车辆撞击行人时,前保险杠系统最先与行人腿部接触,对小腿造成的伤害有时会伴随人的一生;同时,低速碰撞时,为减少后部车体的损坏,保险杠要具有良好的耐撞性;但是行人小腿保护性能与低速耐撞性之间又有矛盾。因此,兼顾低速碰撞和行人小腿保护来研究前保险杠系统性能具有非常重要的意义。本文以某乘用车前保险杠系统为研究对象,通过低速碰撞分析和行人小腿碰撞分析发现此保险杠系统对行人小腿的伤害过大,不满足EEVC法规要求;针对此问题采用多目标确定性优化设计方法,在使该车型前保险杠系统具有良好的低速碰撞性的同时,提高其行人小腿保护性能。首先分析保险杠表皮的表面刚度特性及模态特性。对前保险杠表面刚度进行有限元仿真和实验测试,通过对比5个加载点变形量的实验值和仿真值来验证仿真模型的准确性,且表面刚度特性满足企业技术规范;对前保险杠表皮进行数值模态分析,结果表明一阶固有频率大于30 Hz,满足要求,可进一步分析保险杠碰撞安全性。其次分析保险杠系统的低速耐撞性和行人小腿保护性能。对前保险杠横梁低速正面碰撞工况进行实验和仿真分析,碰撞器加速度仿真曲线与实验曲线大体一致,验证了前保险杠横梁低速碰撞有限元模型的有效性;低速耐撞性分析结果表明,碰撞器侵入量和横梁变形量都满足要求,保险杠系统在低速碰撞时吸收了大约一半的能量,具有良好的低速耐撞性;在小腿碰撞区域选择5个碰撞点来分析行人小腿保护性能,结果表明Y400碰撞点处的胫骨加速度不满足EEVC法规要求。最后采用多目标确定性优化设计方法对前保险杠系统的综合性能进行优化。灵敏度分析确定蒙皮厚度、上格栅厚度、横梁厚度和横梁高度这4个参数为优化变量;优化结果表明,Y400碰撞点胫骨加速度减少了47.71%,膝关节弯曲角度和剪切位移分别减少了62.59%和23.08%,保险杠的行人小腿保护性能有较大提高;并且总吸能峰值几乎没变,优化后保险杠仍然保持着良好的低速耐撞性;另外保险杠质量减少了27.57%,实现了轻量化目标;再对优化结果进行6Sigma可靠性分析,结果满足设计要求。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.326
【部分图文】：

华南理工大学硕士学位论文 0zIm (2-24f)式中，K 是罚因子。2.1.4 接触碰撞的数值算法汽车碰撞必然会有接触，在此过程中，碰撞接触力会随着结构变形和时间的改变而变化。在仿真中运用最多的是对称罚函数法来处理接触问题，本文也采用的这种方法，其原理是：首先比较可能发生接触的两个主从表面，判断从节点是否穿透主面，若否则判断下一个从节点，若穿透对该从节点施加一个力，将其拉到主面上而避免穿透主面，此力即为罚函数值，可由F K 来求解，可以看作在从节点与主面之间放一法向弹簧；如图 2-2 所示。

第二章 前保险杠碰撞性能研究基本理论表 2-1 各国保险杠低速碰撞法规要求（续）ECE R42 FMVSS 581 CFVSS 215 （欧盟） （美国） （加拿大） — — — 除保险杠外，其余部分正常工作除保险杠外，其余部分正常工作汽车的一般功能不受影响锤碰撞是用碰撞器冲击静止的车辆，碰撞器结构尺面保持垂直，撞击中心保持水平且离地高度达44

如无质量焊接、一般焊接、共节点、节点耦合等[44]。为了建模和计算的方杠表皮各部件之间的连接均用 rbe2 单元来实现，仿真中没有考虑失效的情外还要设置约束，保险杠表皮与车身的连接处均设置约束，采用 spc 单点6 个方向自由度。保险杠表面刚度分析保险杠塑料表皮作为前保系统中重要的零件，在设计过程中要考虑其刚度性变形的能力[45]。根据企业相关技术规范，要对前保险杠进行表面刚度分时变形量 6mm。 3-2 所示在前保表面 Point1、Point2、Point5 加载50N的力，加载面积为m的圆，在加载点测量加载时产品的变形量；格栅区域 Point6、Point7 加载载面积为 10mm的圆，在加载点测量加载时产品的变形量。
【参考文献】

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1 杨旭静;张振明;郑娟;段书用;;复合材料前防撞梁变截面多工况多目标优化设计[J];汽车工程;2015年10期

2 洪金涛;陈桂均;;某商用车前保险杠模态分析及结构改进[J];轻型汽车技术;2014年Z2期

3 李凡;吴光强;郭建波;;基于耐撞性的多学科近似模型预测精度研究[J];汽车科技;2014年02期

4 张正礼;;几种铝合金材料动态力学性能测试[J];中国民航大学学报;2014年01期

5 魏显坤;杨晶晶;米林;;铝合金保险杠准静态压溃仿真与试验[J];重庆理工大学学报(自然科学);2013年08期

6 张勇;徐西鹏;杨永柏;张成;;基于不确定性准则的薄壁管耐撞可靠性设计[J];中国机械工程;2012年21期

7 高伟钊;莫旭辉;付锐;孙光永;钟志华;;基于Kriging的泡沫填充锥形薄壁结构耐撞性6σ稳健性优化设计[J];固体力学学报;2012年04期

8 罗建国;徐明欣;;某工程车辆驾驶室侧向极限承载力的分析[J];汽车工程;2012年06期

9 楼京俊;朱石坚;唐斯密;;在弹性体有限元的M-R模型中材料参数的逆向推算[J];噪声与振动控制;2012年01期

10 林辉;陈吉清;谢然;;汽车车身结构刚度与模态分析及结构改进方法研究[J];现代制造工程;2011年06期

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5 岳凯;车门内饰板静压测试及仿真分析[D];华南理工大学;2017年

6 舒健威;汽车保险杠行人保护与低速碰撞性能研究与改进[D];广西大学;2016年

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8 余传辉;兼顾行人下肢保护与低速碰撞的保险杠吸能器研究[D];湖南大学;2015年

9 蒋苗苗;某乘用车排气系统振动性能优化设计[D];华南理工大学;2015年

10 宋佳;基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究[D];合肥工业大学;2015年

本文编号：2892435