小重叠偏置碰撞安全研究

发布时间：2017-09-28 15:26

  本文关键词：小重叠偏置碰撞安全研究

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【摘要】：随着汽车保有量的不断增加,汽车安全已越来越成为人们关注的问题。当汽车发生碰撞安全事故时,主要有正面碰撞、侧面碰撞、追尾及翻滚等几种碰撞形式。相关数据表明,正面碰撞是所有事故中最常见的碰撞形式,而在正面碰撞的死亡事故中,小重叠正面偏置碰撞占四分之一左右。本文主要针对小重叠正面偏置碰撞的传力途径、能量分布以及结构改进等进行研究,以提高汽车的整体安全性能。首先对影响有限元模型仿真精度因素、小偏置正碰评价指标等几方面进行了介绍。以某SUV车型为基准模型,采用hyperworks软件建立有限元分析模型,根据美国公路安全保险协会(IIHS)关于小偏置碰的试验规范,设置整车碰撞条件,进行正面25%偏置碰撞分析,并采用小偏置碰评价指标进行评价。再利用同样的有限元模型分别进行正面40%偏置碰撞与正面100%碰撞分析,主要从传力路径、能量分布和车身变形等方面进行对比不同碰撞工况下车身变形情况。然后对车身结构与整车碰撞过程中碰撞力的传递路径进行分析,从改善碰撞力传递路径的角度出发,为提高整车碰撞安全性能,有针对性的对车身结构关键零件进行改进设计。结构改进后的分析结果表明,乘员舱各测量点的侵入量减少,整车碰撞安全水平得到一定改善,整车结构评估从差的等级提升到了可接受的等级。最后采用优化方法,选择小偏置碰传力路径上对碰撞结果影响最显著的4个零件作为设计对象,主要通过考虑板料材料参数和零件厚度的合理匹配,对其进行小重叠率下的正面碰撞优化分析,达到在提高小重叠正面碰撞安全性能的同时实现整车轻量化的目的。优化结果表明经对前舱关键结构件材料参数及零件厚度的合理匹配优化,整车碰撞加速度峰值明显降低,乘员舱各测量点的侵入量大大减少,各项性能指标均符合工程设计要求,整体效果改善明显,在提高整车碰撞安全性能的同时实现整车轻量化。本文以改善小重叠正碰安全性能为出发点,结合有限元仿真技术和优化设计方法对小重叠整车耐撞性性能进行了研究。通过本文的研究,整车小重叠碰撞安全性能明显提升且同时实现了轻量化,该方法具有一定的工程应用价值。
【关键词】：碰撞安全 小重叠碰撞 能量分布 力传递路径 优化设计
【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
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景11-14
• 1.1.1 汽车被动安全性研究的意义11-13
• 1.1.2 汽车小重叠偏置碰研究的意义13
• 1.1.3 小重叠偏置碰安全法规13-14
• 1.2 汽车碰撞安全研究方法14-16
• 1.2.1 碰撞试验法14-15
• 1.2.2 有限元仿真法15-16
• 1.3 国内外汽车小偏置碰安全研究的发展16-17
• 1.3.1 国外汽车小偏置碰安全研究的发展16
• 1.3.2 国内汽车小偏置碰安全研究的发展16-17
• 1.4 本课题的研究目的和意义17
• 1.5 本课题的主要研究内容17-19
• 第2章 汽车耐撞性有限元数值仿真的基本理论和算法19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 有限元理论19-22
• 2.2.1 非线性有限元动态求解控制方程19-20
• 2.2.2 中心差分方程20-21
• 2.2.3 时间步长控制与质量缩放21-22
• 2.3 有限元相关算法22-28
• 2.3.1 Belytschko-Tsay薄壳单元22-25
• 2.3.2 接触—碰撞界面处理25-27
• 2.3.3 沙漏控制问题27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 小重叠偏置碰仿真研究29-40
• 3.1 小偏置碰有限元仿真模型的建立29-32
• 3.1.1 碰撞有限元模型的建模平台29
• 3.1.2 碰撞有限元模型的建立29-32
• 3.1.3 碰撞有限元模型概况32
• 3.2 小偏置碰撞仿真分析精度影响因素32-35
• 3.2.1 沙漏控制33-34
• 3.2.2 单元尺寸影响34
• 3.2.3 单元时间步长控制算法34-35
• 3.3 有限元模型精度验证35
• 3.4 汽车小偏置碰评价指标35-39
• 3.4.1 乘员损伤指标36-37
• 3.4.2 约束系统性能37-38
• 3.4.3 车身结构性能38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 不同重叠率正面碰撞性能对比研究40-51
• 4.1 前言40
• 4.2 传力途径40-43
• 4.3 能量分布43-45
• 4.4 变形保护策略分析45-48
• 4.4.1 B柱加速度/速度曲线对比45
• 4.4.2 关键部件变形图45-47
• 4.4.3 侵入量数据对比47-48
• 4.5 小重叠偏置碰撞性能优化48-50
• 4.5.1 结构改进48
• 4.5.2 优化结果分析48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 小重叠正面碰撞安全性设计51-65
• 5.1 前言51
• 5.2 最优化设计理论51-55
• 5.2.1 近似方法技术51-53
• 5.2.2 试验设计(DOE)53-55
• 5.2.3 优化算法55
• 5.3 小重叠碰撞优化模型建立55-57
• 5.3.1 变量及响应定义55-57
• 5.4 小重叠正面碰撞优化设计57-64
• 5.4.1 优化过程定义57-58
• 5.4.2 Kriging近似模型建立及精度评价58-59
• 5.4.3 优化过程59-60
• 5.4.4 优化结果60-64
• 5.5 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

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本文编号：936612