汽车碰撞安全结构的变截面-多材料轻量化设计方法研究

发布时间：2021-06-23 02:08

　　行车安全、能源节约和环境保护是如今汽车工业面临的三大紧迫任务,汽车的轻量化是完成三大任务的有效手段,而汽车的碰撞安全性能是完成三大任务的基础保障。因此,研究结合碰撞安全的汽车轻量化设计方法具有重要的理论意义和工程应用价值。针对汽车碰撞安全结构的轻量化设计,本文提出一种基于碰撞安全的变截面-多材料汽车轻量化设计框架,以某型赛车车架为研究对象进行轻量化设计,获得碰撞安全性能良好的赛车车架优化设计方案。本文主要展开了以下几方面的研究内容:首先,分析和总结了汽车轻量化设计和汽车耐撞性设计的具体优化方法,根据车辆碰撞安全结构的设计要求,构建汽车通用的基于碰撞安全的轻量化设计框架,针对不同的碰撞安全结构建立不同的优化数学模型,并通过汽车多腔吸能盒的优化设计来验证优化框架的可行性和有效性。其次,根据FSEC大赛的比赛规则创建赛车车架的几何模型,通过HyperWorks软件建立车架的有限元模型,对车架进行不同工况下的静力学分析,保证车架的刚度和强度满足比赛要求。再次,结合FSEC大赛的碰撞安全规则确定赛车车架碰撞性能的评价指标和碰撞仿真的初始条件,基于LS-DYNA和HyperWorks软件对赛车车架... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

车身轻量化的三种途径

1 绪论通过轻量化设计，在汽车结构不同的位置使用合适的材料和最优的结构形状、尺寸，充分利用每部分材料的最大的承载能力和吸能作用，提高材料的利用率，以此降低车重，实现节能、减排、降耗的目标[4]。因此，如何有效地减小汽车重量、实现汽车轻量化是当前汽车工业面临的紧要问题[5]。汽车工业面临的三大任务是环境保护、节约能源和行车安全，轻量化是完成这三大任务的有效手段，而汽车的碰撞安全性能是完成这三大任务的基础保障。从 18 世纪汽车问世以来，汽车事故日渐频繁，汽车的安全便受到了世界各国的极大关注。随着世界机动车保有量的增加和行驶车速的提高，全球每年因道路交通事故约使 2000 万人遭受终身致残性伤害，死亡人数高达 120 万人[6]。碰撞事故类型大体可分为正面碰撞、侧面碰撞、尾部碰撞和翻滚四种，不同国家的交通事故碰撞类型占比情况如图 1.2 所示。由图中数据可以得知，车辆发生正面碰撞和侧面碰撞事故的比例大约占所有交通事故的 90%，其中正面碰撞事故发生比例约为 54%~64%，因此，对汽车进行碰撞安全性能的研究显得尤为重要[7]。

1 绪论结构吸能盒的优化为例，验证了该设计方法的可行性和精确性。三章：车架的建立与静力学分析。根据 FSEC 大赛规则构建赛车车几何模型，通过HyperWorks 软件建立车架有限元模型并进行静力架的刚度和强度满足比赛要求。四章：车架的碰撞安全分析。根据 FSEC 赛车的碰撞安全要求确定性能的评价指标，完成赛车车架的碰撞前处理设置和碰撞仿真计算果分析初始设计车架的碰撞安全性能。五章：车架的轻量化设计。首先根据第四章的碰撞结果，改变变形面形状，替换变形较小的杆件材料，初步改进赛车初始设计车架的低车架质量；然后通过本文提出的优化框架，对车架初步改进设计厚度进行基于碰撞安全的轻量化设计，最终得到碰撞安全性能良化设计方案，同时也验证了本文研究的优化设计框架的有效性。六章：总结与展望。章组织结构如下图 1.3 所示：


本文编号：3244002