考虑冲压成形影响的前防撞梁耐撞性研究

发布时间：2017-09-07 03:21

  本文关键词：考虑冲压成形影响的前防撞梁耐撞性研究

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【摘要】：随着汽车工业的发展,汽车的被动安全性受到越来越广泛的关注,如何提高汽车碰撞仿真的精度是汽车被动安全研究的一大难点。传统的汽车碰撞仿真分析中,车身各部件的材料和属性都被假定为理想状态,即认为构件的厚度是均匀分布的,材料和属性均没有任何变化。这中理想的假设本身就会对碰撞仿真的精度造成极大的干扰,与实际碰撞试验的条件不符。保险杠防撞梁作为车身上典型的薄壁安全件,大部分经过冲压成形工艺获得,而成形过程必然引起防撞梁厚度、应力及应变发生变化,对车身结构的耐撞性能产生很大影响。为了精确模拟汽车的碰撞仿真,本文对考虑冲压成形影响的前保险杠防撞梁的耐撞性能进行了研究,主要研究内容如下:首先,为了证明考虑成形结果的整车碰撞仿真更能精确反映实车碰撞试验结果这一结论成立,本文以国内某款汽车的整车正面100%刚性壁碰撞试验数据为依据,并对该车型前防撞梁进行冲压成形分析,然后进行网格映射,最后将网格映射前后的防撞梁分别装到该车的整车碰撞有限元模型中,并进行正面100%刚性壁障碰撞仿真分析,将碰撞后得到的整车加速度波形等结果分别与实车碰撞试验结果进行对比,得出防撞梁考虑冲压成形结果的整车正面碰撞仿真比没有考虑冲压成形结果的整车正面碰撞仿真更接近试验碰撞结果这一可靠结论。其次,论文参考相关文献建立两种结构形式的防撞梁模型。根据IIHS法规的要求,确定碰撞仿真的工况。通过清理保险杠系统的几何模型,定义有限元网格尺寸大小,定义材料属性,建立约束及载荷条件,进行接触及沙漏控制,建立起保险杠系统的碰撞有限元模型。第三,选用防撞梁材料、厚度、结构形式作为影响因素,通过正交试验设计,得到数值模拟的实验方案,对保险杠系统的碰撞过程进行仿真。由仿真结果得到对防撞梁耐撞性影响最大的因素,并确定防撞梁最优结构形式;对防撞梁最优结构形式进行参数设计,定义了防撞梁横截面尺寸的四个变量,再次对截面尺寸的四个变量进行正交实验设计,利用响应面法对实验结果建立四个变量与最大吸能量、最小质量和最大位移的数学模型,并采用粒子群优化算法对响应面模型进行寻优,得到防撞梁横截面最优的轮廓尺寸。最后,对结构形式和截面尺寸优化后的防撞梁进行冲压成形仿真,将考虑板料厚度、残余应力及塑性应变等物理量的防撞梁冲压成形结果文件与没有考虑冲压成形结果的防撞梁常规碰撞结构文件进行网格映射,将网格映射与无网格映射防撞梁网格模型分别装到整车碰撞有限元模型上进行整车正面100%刚性壁障碰撞分析及正面40%偏置可变形壁障碰撞分析。本文从提高汽车碰撞仿真分析精度方面入手,提出了考虑冲压成形影响的碰撞仿真分析方案,优化了前保险杠防撞梁的结构形式及横截面参数,对汽车重要结构零部件高精度碰撞分析及整车安全设计具有一定的借鉴意义。
【关键词】：防撞梁 冲压成形 网格映射 正交实验 仿真精度
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景和意义10-12
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 课题研究意义11-12
• 1.2 国内外汽车碰撞研究现状12-16
• 1.2.1 国内外有限元分析的研究现状12-14
• 1.2.2 国内外考虑冲压成形影响的碰撞仿真分析研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 基于冲压成形的碰撞仿真理论基础18-27
• 2.1 碰撞动力学理论18-19
• 2.2 碰撞分析有限元理论19-22
• 2.2.1 碰撞分析常用的材料模型19-20
• 2.2.2 单元类型20-21
• 2.2.3 接触处理和沙漏控制21-22
• 2.2.4 时间步长的确定22
• 2.3 冲压成形及网格映射理论22-26
• 2.3.1 冲压工艺对零件的影响22-23
• 2.3.2 一步逆成形有限元法23-24
• 2.3.3 网格映射理论24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 考虑冲压成形影响的仿真结果有效性验证27-35
• 3.1 防撞梁冲压成形性能分析28-30
• 3.2 计算机仿真结果与测试结果对比30-33
• 3.3 本章小结33-35
• 第四章 防撞梁结构参数优化设计35-48
• 4.1 优化方案描述35-36
• 4.2 正交试验优化36-40
• 4.2.1 试验参数的确定37
• 4.2.2 因子和水平的确定37
• 4.2.3 正交试验结果37-39
• 4.2.4 极差分析法39-40
• 4.3 响应面法优化40-47
• 4.3.1 响应面法介绍40-42
• 4.3.2 防撞梁响应面法优化问题描述42-43
• 4.3.3 实验设计和样本仿真43-45
• 4.3.4 防撞梁的粒子群算法多目标优化45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 考虑成形结果的防撞梁碰撞仿真48-60
• 5.1 防撞梁的冲压成形性能48-50
• 5.2 防撞梁网格映射分析50-51
• 5.3 考虑冲压成形影响的保险杠系统对比分析51-53
• 5.4 考虑冲压成形影响的整车碰撞性能对比分析53-59
• 5.4.1 整车有限元模型的建立53-54
• 5.4.2 正面 100%刚性壁碰撞54-57
• 5.4.3 正面 40%可变形壁障偏置碰撞57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 总结和展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 学期间发表的论文和取得的学术成果67

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