基于厚度匹配和TRB结构的某轿车前部结构耐撞性优化研究
发布时间：2021-04-07 18:10
随着国内汽车产量和保有量的迅速增长,交通安全、环境污染、能源短缺等问题也越来越突出。车辆碰撞造成重伤或者死亡的事故中,正面碰撞占有较大比例,提高车辆结构正面耐撞性能对乘员的安全性极其重要,同时车辆结构轻量化对汽车节能、环保具有重要意义。相比等厚度板和激光拼焊板（Tailor welded blank,TWB）,轧制变厚度板（Tailor rolled blank,TRB）的厚度具有连续变化的特点,在车身结构应用方面具有更好的耐撞性能和轻量化优势。本文以某款轿车正面碰撞的前部关键结构件为研究对象,通过对前部结构件厚度参数的优化设计及TRB结构的前纵梁参数的优化设计来实现前部结构耐撞性能的提高和轻量化设计。本文的主要研究工作及结果如下:（1）建立某款轿车前部结构简化的正面碰撞有限元模型,对其进行15km/h的低速碰撞仿真计算,验证其模型有效性后,通过计算结果对前部结构变形时序、结构件能量吸收及前纵梁所受的碰撞力变化情况进行分析,以此来评估该轿车前部结构的低速耐撞性能。结果表明,该车的前部结构低速耐撞性能良好,但是仍有提升空间。（2）在前部结构简化的正面低速碰撞有限元模型基础上,选取正面碰撞...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TRB板柔性轧制原理
重庆交通大学硕士学位论文4最终获得的结构模型相比原模型比吸能提高了61.5%，碰撞力降低了23.6%，总质量减少了14.5%[21]。吉林大学的田凯根据防撞梁截面设计工程经验和经典层合板理论初步设计一种碳纤维复合材料的新型防撞梁，在低速碰撞工况下对防撞梁的铺层厚度进行多目标优化设计，优化后的防撞梁结构相比钢制防撞梁减重达到了64.5%，低速耐撞性能得到了提高，同时其前端结构高速碰撞变形合理[22]。吉林大学的徐涛等人建立车体前端子结构的高速碰撞有限元模型，将轧制变厚度技术应用在吸能盒结构设计中，对其结构参数进行优化设计，优化后的吸能盒相比原冲压等厚的吸能盒吸能效果得到了提升，同时实现减重7%[23]。1.3TRB结构简介上世纪90年代，通过轧制生产的连续变厚度薄板（Tailorrolledblank，TRB）是由柔性轧制工艺（FlexibleRolling）生产出的金属薄板，它是在德国亚琛工业大学金属成形研究所被开发出来的[24]。柔性轧制工艺是指在钢板轧制过程中，能够通过计算机控制系统来实时控制轧辊间距，使生产出的金属薄板截面厚度可以沿着轧制方向按预先设定的连续变化。图1.2为连续变厚度板柔性轧制原理图。图1.3为连续变厚度板生产过程，其生产过程主要工序有TRB毛坯的轧制、退火热处理、酸洗、平整轧制、切割及冲压成形[25]。图1.2TRB板柔性轧制原理Figure1.2PrincipleofflexiblerollingofTRBboard图1.3TRB板生产过程Figure1.3TRBboardproductionprocess
部结构，主要是前防撞梁，吸能盒及前纵梁部分，车身主体部分影响较校而本文后续对前部结构耐撞性优化要采用拉丁超立方试验设计进行有限元模型仿真计算多次来构建精确的响应近似模型，而计算整车碰撞模型一次需要较长时间。在这种情况下，可以将汽车主体部分进行简化，从而减少单元数量，减少计算时间。汽车前部结构简化模型的方法主要是把前防撞梁、吸能盒、前纵梁及相应加强件提取出来，对其进行有限元建模，同时需要对简化的模型施加合理的载荷条件和约束条件，以保证简化模型在数值模拟中的性能与原整车模型尽可能接近。图3.1为某款轿车正面碰撞主要前部结构，其中1为前防撞梁，2为吸能盒组件，3为前纵梁组件。图3.1轿车前部结构Figure3.1frontstructureofthecar3.2.2有限元网格的划分由企业提供的某款轿车CAD几何模型，将选取的前防撞梁、吸能盒、前纵梁及加强件等总共13个结构件几何模型导入到HyperMesh中，由于都是同等厚度的钣金件，则先抽取中面，然后对中面进行几何清理。几何清理主要是对中面上的工艺孔、过渡圆角、凸包等细小几何特征进行清除或简化，其中有几何突变的特征要保留，同时要保证原几何模型的形状完整性，为后续网格划分贴近几何模型和质量作保证。参考汽车企业碰撞分析计算标准和相关文献，该结构件都是钣金件，因此选
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于结构与材料参数的S形薄壁梁抗撞性与轻量化研究[J]. 樊璐璐,吉野辰萌,林烨,刘欢,于征磊. 振动与冲击. 2018(18)
[2]轧制渐变厚度的汽车吸能盒结构参数优化[J]. 徐涛,刘念,高伟钊,徐天爽,胡贤磊. 振动与冲击. 2018(10)
[3]2017年全国机动车和驾驶人保持高位增长[J]. 道路交通管理. 2018(02)
[4]基于差厚技术的汽车仪表板管梁轻量化设计[J]. 刘念,徐涛,徐天爽,胡贤磊,刘维海. 吉林大学学报(工学版). 2018(01)
[5]基于TRB技术的车身减量化设计与优化分析[J]. 程江洪,王丽娟,陈宗渝,徐鸣涛,方柘林. 机械强度. 2017(01)
[6]汽车前部结构低速碰撞耐撞性与轻量化优化[J]. 李兆凯,余强,赵轩,陈俊杰,范起飞. 中国公路学报. 2016(10)
[7]基于耐撞性的多学科近似模型预测精度研究[J]. 李凡,吴光强,郭建波. 汽车科技. 2014(02)
[8]连续变截面板（TRB板）在汽车前纵梁中的应用及优化分析[J]. 兰凤崇,李佳光,马芳武,陈吉清. 机械设计与制造. 2014(01)
[9]求解多目标优化问题的新遗传算法[J]. 韩丽霞. 计算机科学. 2013(S1)
[10]铝合金保险杠防撞梁结构优化设计[J]. 徐中明,徐小飞,万鑫铭,张志飞,李阳. 机械工程学报. 2013(08)
博士论文
[1]汽车变厚度前纵梁的轻量化和耐撞性设计方法研究[D]. 段利斌.湖南大学 2017
[2]轧制差厚板成形性能研究[D]. 张华伟.大连理工大学 2012
[3]纵向变厚度扁平材轧制理论与控制策略研究[D]. 杜平.东北大学 2008
硕士论文
[1]电动汽车碳纤维复合材料保险杠防撞梁轻量化设计[D]. 田凯.吉林大学 2018
[2]电动大客车车身结构安全性分析与轻量化优化[D]. 刘雨畅.吉林大学 2017
[3]基于被动安全性的轿车白车身结构轻量化设计[D]. 冶志亮.吉林大学 2017
[4]基于代理模型的汽车碰撞安全性多目标优化研究[D]. 陈媛媛.重庆大学 2017
[5]某型轿车正面碰撞结构耐撞性优化设计研究[D]. 李晓勇.合肥工业大学 2017
[6]TRB帽形梁结构的耐撞性研究及其优化设计[D]. 刘翔.湖南大学 2016
[7]变截面薄板车身零部件的优化设计[D]. 李素雯.湖南大学 2016
[8]轿车白车身前端结构正碰安全性分析与评价[D]. 庞佳帝.吉林大学 2015
[9]轧制差厚板的冲压工艺研究及其在汽车前防撞梁的应用[D]. 高俊哲.大连理工大学 2013
[10]应用于B柱内板的TRB优化设计与仿真研究[D]. 李佳光.华南理工大学 2013
本文编号：3123944
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TRB板柔性轧制原理
重庆交通大学硕士学位论文4最终获得的结构模型相比原模型比吸能提高了61.5%，碰撞力降低了23.6%，总质量减少了14.5%[21]。吉林大学的田凯根据防撞梁截面设计工程经验和经典层合板理论初步设计一种碳纤维复合材料的新型防撞梁，在低速碰撞工况下对防撞梁的铺层厚度进行多目标优化设计，优化后的防撞梁结构相比钢制防撞梁减重达到了64.5%，低速耐撞性能得到了提高，同时其前端结构高速碰撞变形合理[22]。吉林大学的徐涛等人建立车体前端子结构的高速碰撞有限元模型，将轧制变厚度技术应用在吸能盒结构设计中，对其结构参数进行优化设计，优化后的吸能盒相比原冲压等厚的吸能盒吸能效果得到了提升，同时实现减重7%[23]。1.3TRB结构简介上世纪90年代，通过轧制生产的连续变厚度薄板（Tailorrolledblank，TRB）是由柔性轧制工艺（FlexibleRolling）生产出的金属薄板，它是在德国亚琛工业大学金属成形研究所被开发出来的[24]。柔性轧制工艺是指在钢板轧制过程中，能够通过计算机控制系统来实时控制轧辊间距，使生产出的金属薄板截面厚度可以沿着轧制方向按预先设定的连续变化。图1.2为连续变厚度板柔性轧制原理图。图1.3为连续变厚度板生产过程，其生产过程主要工序有TRB毛坯的轧制、退火热处理、酸洗、平整轧制、切割及冲压成形[25]。图1.2TRB板柔性轧制原理Figure1.2PrincipleofflexiblerollingofTRBboard图1.3TRB板生产过程Figure1.3TRBboardproductionprocess
部结构，主要是前防撞梁，吸能盒及前纵梁部分，车身主体部分影响较校而本文后续对前部结构耐撞性优化要采用拉丁超立方试验设计进行有限元模型仿真计算多次来构建精确的响应近似模型，而计算整车碰撞模型一次需要较长时间。在这种情况下，可以将汽车主体部分进行简化，从而减少单元数量，减少计算时间。汽车前部结构简化模型的方法主要是把前防撞梁、吸能盒、前纵梁及相应加强件提取出来，对其进行有限元建模，同时需要对简化的模型施加合理的载荷条件和约束条件，以保证简化模型在数值模拟中的性能与原整车模型尽可能接近。图3.1为某款轿车正面碰撞主要前部结构，其中1为前防撞梁，2为吸能盒组件，3为前纵梁组件。图3.1轿车前部结构Figure3.1frontstructureofthecar3.2.2有限元网格的划分由企业提供的某款轿车CAD几何模型，将选取的前防撞梁、吸能盒、前纵梁及加强件等总共13个结构件几何模型导入到HyperMesh中，由于都是同等厚度的钣金件，则先抽取中面，然后对中面进行几何清理。几何清理主要是对中面上的工艺孔、过渡圆角、凸包等细小几何特征进行清除或简化，其中有几何突变的特征要保留，同时要保证原几何模型的形状完整性，为后续网格划分贴近几何模型和质量作保证。参考汽车企业碰撞分析计算标准和相关文献，该结构件都是钣金件，因此选
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于结构与材料参数的S形薄壁梁抗撞性与轻量化研究[J]. 樊璐璐,吉野辰萌,林烨,刘欢,于征磊. 振动与冲击. 2018(18)
[2]轧制渐变厚度的汽车吸能盒结构参数优化[J]. 徐涛,刘念,高伟钊,徐天爽,胡贤磊. 振动与冲击. 2018(10)
[3]2017年全国机动车和驾驶人保持高位增长[J]. 道路交通管理. 2018(02)
[4]基于差厚技术的汽车仪表板管梁轻量化设计[J]. 刘念,徐涛,徐天爽,胡贤磊,刘维海. 吉林大学学报(工学版). 2018(01)
[5]基于TRB技术的车身减量化设计与优化分析[J]. 程江洪,王丽娟,陈宗渝,徐鸣涛,方柘林. 机械强度. 2017(01)
[6]汽车前部结构低速碰撞耐撞性与轻量化优化[J]. 李兆凯,余强,赵轩,陈俊杰,范起飞. 中国公路学报. 2016(10)
[7]基于耐撞性的多学科近似模型预测精度研究[J]. 李凡,吴光强,郭建波. 汽车科技. 2014(02)
[8]连续变截面板（TRB板）在汽车前纵梁中的应用及优化分析[J]. 兰凤崇,李佳光,马芳武,陈吉清. 机械设计与制造. 2014(01)
[9]求解多目标优化问题的新遗传算法[J]. 韩丽霞. 计算机科学. 2013(S1)
[10]铝合金保险杠防撞梁结构优化设计[J]. 徐中明,徐小飞,万鑫铭,张志飞,李阳. 机械工程学报. 2013(08)
博士论文
[1]汽车变厚度前纵梁的轻量化和耐撞性设计方法研究[D]. 段利斌.湖南大学 2017
[2]轧制差厚板成形性能研究[D]. 张华伟.大连理工大学 2012
[3]纵向变厚度扁平材轧制理论与控制策略研究[D]. 杜平.东北大学 2008
硕士论文
[1]电动汽车碳纤维复合材料保险杠防撞梁轻量化设计[D]. 田凯.吉林大学 2018
[2]电动大客车车身结构安全性分析与轻量化优化[D]. 刘雨畅.吉林大学 2017
[3]基于被动安全性的轿车白车身结构轻量化设计[D]. 冶志亮.吉林大学 2017
[4]基于代理模型的汽车碰撞安全性多目标优化研究[D]. 陈媛媛.重庆大学 2017
[5]某型轿车正面碰撞结构耐撞性优化设计研究[D]. 李晓勇.合肥工业大学 2017
[6]TRB帽形梁结构的耐撞性研究及其优化设计[D]. 刘翔.湖南大学 2016
[7]变截面薄板车身零部件的优化设计[D]. 李素雯.湖南大学 2016
[8]轿车白车身前端结构正碰安全性分析与评价[D]. 庞佳帝.吉林大学 2015
[9]轧制差厚板的冲压工艺研究及其在汽车前防撞梁的应用[D]. 高俊哲.大连理工大学 2013
[10]应用于B柱内板的TRB优化设计与仿真研究[D]. 李佳光.华南理工大学 2013
本文编号：3123944
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3123944.html
