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汽车侧面碰撞的质量—弹簧模型和有限元简化模型的研究

作　者: 伍广
导　师: 李光耀
学　校: 湖南大学
专　业: 汽车工程
关键词: 汽车安全侧面碰撞仿真质量-弹簧模型简化模型实验设计
分类号: U467.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 204次
引　用: 2次
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内容摘要

侧面碰撞是一种典型的汽车碰撞事故形式,在全世界每年因汽车交通事故丧生的50万人和1000万伤者当中,很大一部分是汽车侧面碰撞造成的。尽管我国还没有专门就汽车侧面碰撞所做的事故统计,但规模庞大的交通事故总数和偏低的车辆安全性都揭示了这样一个事实,即中国汽车侧面碰撞比世界其他大国更加严重。因此,深入研究侧面碰撞机理和提高侧面耐撞性设计水平就十分具有现实意义。本文首先系统地介绍了侧面碰撞,从C-NCAP侧碰实验(包括实验方法、移动变形壁障的特性)和碰撞过程解读到碰撞中假人的运动、损伤机理及评价指标。接着归纳了侧面碰撞有限元模型的建模流程,建立了侧面碰撞有限元仿真模型并对模型进行了计算。将仿真结果与C-NCAP侧面碰撞试验进行比较,结果表明该模型很好地再现了碰撞试验,具有较高的可信度。为了更深刻地揭示侧面碰撞的力学与运动学机理,提炼出侧面耐撞性设计的指导原则,一个侧面碰撞质量-弹簧模型被建立。该模型关于移动变形壁障和试验车辆运动的解析解被证明能够较好地反映试验过程,尤其在关键的前60ms。根据质量-弹簧模型的结论,提出了一系列增强侧面耐撞性和改善成员保护的原则。本文进一步针对移动变形壁障与试验车辆的运动关于侧围结构的敏感度进行了研究,发现前者对后者在一定范围内的波动并非很敏感。这个结论被证实在有限元整车模型和质量-弹簧模型中均成立。根据该敏感度的结论,一个基于整车有限元模型的侧面碰撞简化模型被提出。计算规模的缩减使得简化模型的计算效率提高到整车模型的8倍。通过对整车模型和简化模型在车身变形、B柱位移和吸能块吸收的总能量进行对比,发现简化模型能够在提高效率的同时保证计算精度。最后简化模型与实验设计相结合,被运用于该款MPV的车身轻量化和侧面耐撞性优化,结果表明简化模型凭借计算效率的优势在控制好成本的同时完成了设计目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
插图索引  11-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-22
  1.1 课题的研究背景和意义  14-17
    1.1.1 世界道路交通安全  14-15
    1.1.2 中国汽车工业的发展和道路交通安全  15-17
  1.2 课题的研究意义  17-18
  1.3 汽车耐撞性的研究历史和现状  18-20
    1.3.1 国外汽车耐撞性研究历史和现状  18-19
    1.3.2 国内汽车耐撞性研究历史和现状  19-20
  1.4 本文研究内容  20-22
第2章汽车侧面碰撞过程  22-33
  2.1 一次碰撞  22-26
    2.1.1 侧面耐撞性测试方法  22
    2.1.2 侧面碰撞移动变形壁障  22-24
    2.1.3 一次碰撞过程分析  24-26
  2.2 二次碰撞  26-31
    2.2.1 二次碰撞过程分析  26-27
    2.2.2 人体损伤机理及评价标准  27-31
  2.3 侧面耐撞性评价标准  31
    2.3.1 B柱变形模式  31
    2.3.2 侧围侵入量和侵入速度  31
  2.4 本章小结  31-33
第3章整车侧碰模型和简化模型的建立  33-44
  3.1 引言  33-34
  3.2 侧面碰撞有限元仿真模型的建立  34-36
    3.2.1 LS-DYNA求解软件介绍  34
    3.2.2 有限元侧面碰撞整车模型的建模流程  34-36
  3.3 提高计算效率的方法  36-38
    3.3.1 合理减少单元数量  36-37
    3.3.2 采用带沙漏控制的缩减积分单元  37
    3.3.3 增加时间步长  37-38
  3.4 建模注意事项  38-39
    3.4.1 网格质量  38
    3.4.2 移动变形壁障的安放位置  38
    3.4.3 部件组装的质量  38
    3.4.4 整备质量和轴荷  38-39
    3.4.5 应变率  39
  3.5 整车侧面碰撞仿真结果及可信度分析  39-43
    3.5.1 整车侧面碰撞仿真的能量和质量守恒  40
    3.5.2 模型可信度分析  40-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章侧碰质量弹簧模型  44-59
  4.1 正面碰撞质量弹簧模型的发展  44-46
  4.2 侧面碰撞的质量弹簧弹簧模型  46-47
  4.3 质量弹簧模型的解析解  47-53
    4.3.1 弹簧A、B的变形量  47-50
    4.3.2 质量块B的位移、速度  50-51
    4.3.3 质量块A的位移、速度  51-52
    4.3.4 侧围的位移、速度  52
    4.3.5 简化形式  52-53
  4.4 弹簧刚度系数  53-55
  4.5 质量-弹簧模型的可信度分析  55-57
  4.6 质量-弹簧模型的意义  57-58
  4.7 本章小结  58-59
第5章简化模型的建立与侧围抗变形能力的敏感度分析  59-75
  5.1 有限元简化模型  59-61
  5.2 有限元简化模型与整车模型对比  61-65
    5.2.1 车身变形  62-63
    5.2.2 B柱位移  63-64
    5.2.3 MDB吸收的动能  64-65
  5.3 边界条件的稳定性  65-69
    5.3.1 质量-弹簧模型中边界条件的稳定性  66-67
    5.3.2 有限元模型中边界条件的稳定性  67-69
  5.4 简化模型方法的应用  69-74
    5.4.1 修改方案描述  69-71
    5.4.2 修改方案效果对比  71-72
    5.4.3 用整车模型检验新方案  72-73
    5.4.4 侵入量对比  73-74
  5.5 本章小结  74-75
结论与展望  75-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  81

汽车侧面碰撞的质量—弹簧模型和有限元简化模型的研究

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