汽车高速碰撞下防撞结构的优化设计研究

发布时间：2017-09-22 00:18

  本文关键词：汽车高速碰撞下防撞结构的优化设计研究

  更多相关文章： 抗撞性 保险杠 结构优化 乘员安全 果蝇优化算法

【摘要】：近年来,随着汽车工业的快速发展,汽车安全性越来越受到人们的关注。在高速碰撞中,为保证乘员的安全性,保险杠系统设计时会考虑碰撞冲击合理的传递与吸收。汽车零部件的优化参数主要包括了形状参数、材料参数、几何参数等,这些参数对抗撞性能的影响程度各不相同。在现有的保险杠研究文献中,主要研究了这两个方面:一是只在低速碰撞下,研究保险杠的抗撞性或者轻量化方面,没有考虑高速碰撞中保险杠的性能;二是在保险杠抗撞性或者轻量化方面的研究过程中,只是单一的变更保险杠的材料或者厚度,这样只是针对单一结构优化,可能会错过更优的优化结构。本文结合了实验设计理论、计算仿真和统计学方法,提出了一种基于果蝇优化算法的新型保险杠横梁复合结构的设计方法,并对横梁复合结构进行优化研究。在高速正面碰撞下,基于乘员安全性考虑,应用动态显示有限元仿真方法,对保险杠系统进行数值模拟,研究保险杠的抗撞性能。首先,在整车正面碰撞有限元模型的基础上简化保险杠横梁结构,并根据正面碰撞法规C-NCAP进行整车有限元模型的稳定性与可行性验证。接着运用正交实验设计方法,筛选出合适的复合结构的基本参数,通过极差分析方法得到保险杠横梁复合结构的基本参数的选择方案;然后,将横梁复合结构的各层面厚度因素作为设计的敏感因子,从乘员安全性方面考虑,以降低人体头部损伤为优化目标,以横梁质量和相对成本为约束函数,运用最优拉丁方设计选取样本点,构造多项式响应面模型。最后,建立优化目标函数、约束函数与敏感因子之间数学代理模型,应用果蝇优化算法寻找最优解。研究结果表明,使用基于果蝇优化算法的新型复合结构的保险杠横梁,不仅改善了保险杠在整车正面碰撞工况中的抗撞性能,同样也降低了人体头部损伤,使乘员的安全性能得到了提高,保险杠在轻量化方面也有所改善。本文涉及的方法为抗撞性和轻量化优化设计提供了一种参考。
【关键词】：抗撞性 保险杠 结构优化 乘员安全 果蝇优化算法
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外相关领域的研究综述12-14
• 1.2.1 汽车车身结构的研究现状12
• 1.2.2 汽车抗撞性结构的研究现状12-14
• 1.3 保险杠碰撞安全研究综述14-16
• 1.3.1 保险杠结构组成14-15
• 1.3.2 保险杠结构研究概况15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-19
• 第2章 理论基础19-30
• 2.1 实验设计方法19-23
• 2.1.1 析因设计19-20
• 2.1.2 正交试验设计20-22
• 2.1.3 最优拉丁方实验设计22-23
• 2.2 响应面法23-25
• 2.2.1 多项式响应面法23-24
• 2.2.2 响应面模型的适应度检验24-25
• 2.3 常用安全仿真软件简介25-27
• 2.3.1 Hyper Works简介25-26
• 2.3.2 LS.DYNA简介26-27
• 2.4 汽车碰撞安全评价法规27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 正面碰撞的有限元模型的建立30-40
• 3.1 基于Hyper Works的建模流程简介30-32
• 3.2 模型几何近似32-34
• 3.2.1 几何清理32-33
• 3.2.2 几何简化33
• 3.2.3 网格划分33-34
• 3.3 Hyper Mesh的模型搭建34-39
• 3.3.1 材料和属性34-36
• 3.3.2 连接建模36-38
• 3.3.3 初始条件38
• 3.3.4 控制条件38
• 3.3.5 计算设置和输出38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 基于正交试验的保险杠横梁复合结构的优化设计40-49
• 4.1 正面碰撞有限元模型的验证40-45
• 4.1.1 模型简单介绍41
• 4.1.2 模型的验证41-44
• 4.1.3 保险杠横梁截面形状的简单处理44-45
• 4.2 保险杠横梁复合结构的优化研究45-48
• 4.2.1 保险杠横梁复合结构的设计45-47
• 4.2.2 实验设计分析47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 基于果蝇优化算法的保险杠的优化设计49-58
• 5.1 果蝇优化算法及遗传算法49-50
• 5.1.1 果蝇优化算法及其应用简介49
• 5.1.2 遗传算法及其应用简介49-50
• 5.2 复合结构保险杠横梁耐撞性优化设计50-57
• 5.2.1 多项式响应面模型51-53
• 5.2.2 抗撞性优化设计53-57
• 5.3 本章小结57-58
• 总结与展望58-60
• 参考文献60-64
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文64-65
• 致谢65

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本文编号：897703